Результаты проведенных физиками из Кембриджского и Оксфордского университетов (оба — Великобритания) первичных расчетов говорят о том, что легирование графана акцепторной примесью позволит получить сверхпроводник, работоспособный при температуре в 90 К.

Первые высокотемпературные купратные (содержащие оксид меди) сверхпроводники были обнаружены более 20 лет назад, а уже в 1987 году появилось соединение YBa₂Cu₃O₇, температура перехода которого в сверхпроводящее состояние превысила точку кипения жидкого азота (77 К). Общепризнанной теории этого явления, однако, не существует.

Классические» сверхпроводники, подчиняющиеся теории Бардина — Купера — Шриффера (БКШ), проявляют себя при гораздо более низких температурах. Недавнее обнаружение сверхпроводящих свойств у диборида магния MgB₂ вызвало огромный интерес, поскольку это соединение во многом напоминает БКШ-материалы, но имеет высокую критическую температуру в 39 К. Удивительные свойства MgB₂, отмечают ученые, можно объяснить влиянием трех факторов: высокой характеристической энергии фонона, значительной плотности электронных состояний на уровне Ферми и соответствующего баланса между притягивающим и отталкивающим электрон-фононным и электрон-электронным взаимодействиями.

Авторы постарались найти такие материалы, которые удовлетворяют этим условиям. Легированный акцепторной примесью алмаз проходит по двум параметрам, но демонстрирует невысокую плотность электронных состояний — в силу чего, вероятно, его критическая температура и остается на уровне 4 К. Решив, что для улучшения характеристик сверхпроводника необходимо сделать его «двумерным», ученые провели моделирование свойств алмазной пленки толщиной 0,5 нм, и расчетная критическая температура поднялась сразу до 80 К.

Теперь исследователям оставалось лишь отыскать более технологичный аналог тончайшей алмазной пленки. Им стал графан — материал, получаемый при гидрировании графена; расчеты для легированного графана дали значение критической температуры в 90 К. Реализации этой идеи на практике, впрочем, придется подождать: первые образцы графана были получены только в прошлом году.

Более приближенным к реальности выглядит предложение авторов по использованию алмазных нанопроводов, которые интенсивно исследуются уже несколько лет. По расчетам, для нанопровода диаметром 1 нм критическая температура может составлять 150 К.

Расчетные значения критической температуры для разных материалов и концентраций легирующей примеси (иллюстрация авторов работы)

Препринт рассматриваемой статьи можно загрузить с сайта arXiv.