Ториевая сверхпроводимость: ученые нашли новый высокотемпературный сверхпроводник

Результаты исследования опубликованы в журнале Materials Today.
Cверхпроводимость — удивительное свойство квантовых материалов, приводящее к полной потере электрического сопротивления в определенных, порой весьма суровых условиях. Такие материалы очень интересны для электроники, так как могут найти применение в квантовых компьютерах и высокочувствительных детекторах. Однако есть большая сложность: проявляется это явление обычно при весьма низких температурах или крайне высоком давлении.

До недавнего времени рекорд удерживал ртутьсодержащий купрат с температурой сверхпроводимости 135 К (минус 138 градусов по Цельсию). Рекорд этого года — минус 13 градусов по Цельсию (декагидрид лантана, LaH10), что очень близко к комнатной температуре, но достигается это при очень высоких давлениях почти в два миллиона атмосфер, что затрудняет практическое использование этого вещества. Важно было найти сверхпроводимость при температуре и давлении, близких к комнатным.

В 2018 году в лаборатории профессора Сколтеха и МФТИ Артема Оганова его сотрудником Александром Квашниным было сделано предсказание нового вещества, полигидрида тория ThH10, с критической температурой минус 32 градуса при давлении в один миллион атмосфер. В новом исследовании ученым из Института кристаллографии РАН, Сколтеха, МФТИ и Физического института имени П. Н. Лебедева (ФИАН) удалось получить это вещество и исследовать его транспортные свойства и сверхпроводимость.

В согласии с теоретическим предсказанием было обнаружено, что ThH10 существует при давлениях выше 0,85 миллиона атмосфер и является выдающимся высокотемпературным сверхпроводником. Критическую температуру удалось определить только при давлении в 1,7 миллиона атмосфер, где она оказалась равной минус 112 градусам, что совпадает с теоретическим предсказанием для этого давления и уже сейчас ставит ThH10 в ряд рекордных высокотемпературных сверхпроводников.

«Современная теория и, в частности, разработанный мной и моими учениками метод USPEX в очередной раз показывают удивительную предсказательную мощь. Предсказанное вещество ThH10, не вписывающееся в рамки классической химии и обладающее, согласно теории, уникальными свойствами, подтверждено теперь и экспериментом. Причем качество экспериментальных данных, полученных в лаборатории Ивана Трояна, весьма высокое», — рассказывает соруководитель исследования, профессор Сколтеха и МФТИ Артем Оганов.

«Мы увидели предсказанную теорией сверхпроводимость при минус 112 градусах и 1,7 миллиона атмосфер. Учитывая замечательное согласие теории и эксперимента, интересно узнать, вырастет ли при более низких давлениях сверхпроводимость этого вещества до предсказанных минус 30-40 градусах», — отметил соруководитель исследования доктор физико-математических наук Иван Троян.

«Гидрид тория — лишь отдельное звено большого, динамично развивающегося класса гидридных сверхпроводников. Я считаю, что в ближайшие годы гидридная сверхпроводимость покинет криогенную область и перейдет в плоскость конструирования электронных устройств на их основе», — подчеркнул автор исследования, аспирант Сколтеха Дмитрий Семенок.

Исследование поддержано грантом Российского научного фонда.

Сколтех

71 статей

Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.

Показать больше