Ученые из России и их коллеги из Китая и США создали первый высокотемпературный сверхпроводник на базе соединения водорода и церия, редкоземельного металла, который сохраняет стабильность при относительно низком давлении. Существование такого сверхпроводника ученые ранее считали невозможным.

Посвященную открытию статью ученые опубликовали в научном журнале Nature Communications . Об этом сообщает ТАСС со ссылкой на пресс-службу Сколковского института науки и технологий.

«Хотя сверхпроводящие свойства супергидрида церия проявляются только при охлаждении до минус 200 градусов Цельсия, этот материал интересен тем, что стабилен при более низком давлении, около миллиона атмосфер, чем полученные ранее супергидриды серы и лантана», – прокомментировал один из авторов работы, научный сотрудник МФТИ Иван Круглов.

На пути к «комнатной» сверхпроводимости

За последние годы химики и физики создали несколько новых типов сверхпроводников, которые работают при очень высоких температурах. К примеру, три года назад российские и немецкие исследователи выяснили, что к их числу относится обычный сероводород, сжатый до нескольких миллионов атмосфер. Для самых удачных версий этого соединения она приближается к отметке в минус 70 градусов Цельсия, что сопоставимо с температурами в Антарктике.

После открытия подобных соединений ученым понадобилась новая теория для того, чтобы объяснить, как эти материалы проводят ток без измеримых потерь, так как классическая теория сверхпроводимости, которую сформулировали еще в середине прошлого века, не допускает их существования.

Год назад Круглов и его коллеги под руководством профессора МФТИ и «Сколтеха» Артема Оганова обнаружили, что подобными свойствами обладают соединения водорода и некоторых тяжелых элементов с особой структурой электронных оболочек. К их числу относятся уран, актиний, лантан, иттрий, натрий и некоторые другие металлы.

Позже одно из таких соединений, гидрид лантана, синтезировала команда американских и российских физиков. Оно действительно оказалось очень интересным высокотемпературным сверхпроводником, которое сохраняло свои свойства даже при минус 23 градусах Цельсия, что подтолкнуло Оганова и его команду продолжить исследования.

Водородная «клетка»

В своей новой работе ученые сконцентрировались не на установке новых температурных рекордов, а на создании материалов на базе гидридов, которые сохраняют сверхпроводящие свойства при относительно низких давлениях. Подобные свойства, как показали расчеты российских химиков, должны присутствовать у супергидрида церия – соединения, в котором на один атом металла приходится сразу девять атомов водорода. Чтобы получить это вещество, химики сжали в алмазной наковальне церий и вещество, которое при нагреве выделяет водород. По мере повышения давления ученые обстреливали эту смесь мощными вспышками лазера, которые разогревают металл до температуры в две тысячи градусов Кельвина. В результате этого водород постепенно связывался с церием, и его доля в материале повышалась.

В итоге внутри наковальни возник супергидрид церия с «нужным» числом атомов водорода, чьи свойства полностью совпали с предсказаниями Оганова и его коллег. Как отмечают ученые, в этом веществе каждый из атомов церия окружен своеобразной сферической клеткой из 29 атомов водорода, которые расположены на минимальной дистанции друг от друга и при этом соединены прочными связями. Подобная особенность структуры задает его необычные физические свойства.

Это вещество, как показали дальнейшие опыты, становилось нестабильным при понижении давления ниже отметки в 917 тысяч атмосфер, однако при более высоких значениях оно сохраняло сверхпроводящие свойства. Иными словами, для того, чтобы оно превратилось в сверхпроводник, нужно было почти в два раза меньше давления, чем для соединений серы и лантана.

Сейчас российские ученые и их зарубежные коллеги планируют провести серию новых экспериментов, в рамках которых они изучат сверхпроводящие свойства гидридов, в которых содержится не один, а два металла. Поскольку вариантов таких соединений очень много, исследователи планируют использовать алгоритмы искусственного интеллекта для того, чтобы отобрать самые перспективные тройные системы.