Явление сверхпроводимости в физике представляет огромный интерес для науки. Однако условий, при которых различные материалы показывают нулевое электрическое сопротивление и электроны тока могут проходить сквозь него свободно, трудно достичь.

Как правило, материалы демонстрируют сверхпроводимость при очень низких температурах, близких к абсолютному нулю. Но с конца XIX века, когда было открыто это явление, наука продвинулась уже очень далеко. Учёные смогли «заставить» материалы оказывать нулевое сопротивление и при существенно более высоких температурах, но воспроизвести эксперимент при комнатных 20 градусах по Цельсию физикам удавалось разве что в мечтах.

Тем не менее, охота на высокотемпературную сверхпроводимость ведётся вот уже тридцать лет. Учёные всегда были уверены, что приятный сюрприз им смогут преподнести какие-нибудь экзотичные материалы, такие как купраты. Но оказалось, это совсем не так.

Недавно команда исследователей провела эксперимент с обычным сероводородом и определила, что это вещество демонстрирует сверхпроводимость при рекордно высоких температурах – минус 83 °C. Купраты же, в свою очередь, были способны на такое лишь при минус 109˚C. Но дело было не только в температуре. Для реализации своей задумки учёные прибегли к ещё одной хитрости — созданию сверхвысокого давления, близкого по показателям к тому, что было зафиксировано в земном ядре.

Согласно общепринятой теории сверхпроводимости — теории Бардина, Купера, Шриффера — колебания в атомах кристалла могут привести к образованию электронами так называемых куперовских пар. Они могут проходить через кристалл без сопротивления. Физики надеются, что

теория БКШ поможет в поиске новых высокотемпературных сверхпроводников и, в частности, материалов, содержащих лёгкие элементы, например, водород. В таких материалах создаются более прочные связи между электронами в парах.

Рис. 1. Обычно явление сверхпроводимости наблюдается при низкой температуре.

Новое исследования основано на работе Нила Эшкрофта (Neil Ashcroft), физика британского происхождения, сотрудничающего с Корнельским университетом в Итаке, штат Нью-Йорк. Эшкрофт изучал сверхпроводящий потенциал водородных соединений и исследовал полученный недавно теоретический прогноз способности сульфида водорода оставаться сверхпроводником даже при –193,15 градуса Цельсия, если давление составляет 1,6 миллиона атмосфер. Столь высокое давление сжимает электроны в куперовские пары, которые гораздо с меньшей вероятностью будут разрушены тепловыми флуктуациями.

Изучив труды Эшкрофта, ведущий автор нового исследования Михаил Эреметс (Mikhail Eremets) и его коллеги из Института химии общества Макса Планка решили поэкспериментировать с образцом сульфида водорода. Учёные разместили каплю вещества диаметром в одну сотую миллиметра между вершинами в алмазной наковальне и использовали электроды для измерения колебаний в показателях электрического сопротивления. Результаты регистрировались по мере того, как температура среды понижалась почти до абсолютного нуля.

Оказалось, что

при давлении в 1,8 миллиона атмосфер и температуре –83,15 °C электрическое сопротивление неожиданно упало, что означало переход к сверхпроводимости. Таким образом, результат оказался даже более впечатляющим, чем предполагалось, сообщается в статье, с которой можно ознакомиться на сайте препринтов arxiv.org.

Рис. 2. Обычный сероводород превзошел все экзотические материалы в способности к высокотемпературной сверхпроводимости.

Эреметс рассказывает, что подобный скачок к сверхпроводимости при очень высоких для этого явления температурах может быть объяснён распадом сероводорода на молекулы, содержащие относительно большее число атомов водорода. И такие молекулы действительно могут демонстрировать высокотемпературную сверхпроводимость.

Физики, которые не принимали участия в данном исследовании, выражают сомнения по поводу его достоверности. Учёные говорят, что Эреметс и его команда не продемонстрировали один из признаков сверхпроводимости, известный как эффект Мейснера, при котором материал «выталкивает» из своего объёма линии магнитного поля по мере приближения сверхпроводящего состояния.

Однако исследователи из США выражают надежду, что новая работа сподвигнет и другие команды физиков воспроизвести аналогичный эксперимент.