Ученые из США, России и Китая получили запрещенное классической химией соединение водорода и церия — супергидрид СеН₉. В нем предсказывается сверхпроводимость при сравнительно низком для соединений водорода давлении в один миллион атмосфер.

Близость атомов водорода в этом соединении уступает лишь чистому веществу, что делает его интересной системой для изучения сверхпроводимости в гидридах, пишут авторы в журнале Nature Communications.

Исторически первым способом перевода веществ в сверхпроводящее состояние было охлаждение до экстремально низких температур порядка нескольких кельвинов. В течение XX века было открыто несколько типов сверхпроводников, некоторые из которых сохраняют свое состояние при температуре и выше 100 кельвинов (-173,15 градусов Цельсия), что по-прежнему достаточно далеко от нормальных условий.

Значительное развитие в последние годы получил альтернативный способ достижения сверхпроводимости, связанный с применением высоких давлений. В основном это обусловлено предсказанием рекордно высокой температуры сверхпроводимости для чистого металлического водорода: считается, что он может проводить ток без потерь и при комнатной температуре.

В некотором смысле водород является идеальным сверхпроводником, так как ему одновременно свойственны высокие частоты фононов, сильное спаривание между электронами и фононами и высокая плотность состояний на уровне Ферми — все необходимые условия для возникновения классической сверхпроводимости по механизму образования куперовских пар в теории Бардина – Купера – Шриффера. Однако такие свойства водород должен приобретать лишь при давлениях около пяти миллионов атмосфер, что находится на переделе современных возможностей.

В связи с этим ученые пытаются синтезировать гидриды — бинарные соединения водорода с другим элементом. Целью является получение вещества с как можно большим содержанием водорода, которое при этом может проявлять близкие к чистому элементу свойства и, следовательно, быть сверхпроводником при приемлемой температуре. В то же время добавление нового элемента может значительно снизить требуемое для перехода давление.

В работе исследователи под руководством профессора Сколтеха и Московского физико-технического института Артёма Оганова теоретически изучали соединения водорода с церием и синтезировали новые фазы. В частности, авторам удалось получить неизвестные ранее вещества CeH₃ и CeH₉. Последнее соединение, которое является супергидридом (содержит много атомов водорода), оказалось интересным с точки зрения изучения сверхпроводимости.