Сотрудники кафедры неорганической химии химического факультета МГУ Андрей Шевельков и Валерий Верченко обнаружили новый вид сверхпроводимости при низких температурах в соединениях галлия и молибдена. Подробное описание механизма и разработка методики направленного синтеза соединений позволят существенно расширить область применения этих соединений за счет использования более дешевых химических элементов, чем те, что составляют современные коммерческие сверхпроводники.

Основные результаты исследований опубликованы в журналах Inorganic Chemistry Frontiers и Dalton Transaction.

Сверхпроводники – вещества, электрическое сопротивление которых при понижении температуры ниже критической отметки становится равным нулю. Этот класс веществ интересен в первую очередь своей способностью передавать электричество без потерь. Сверхпроводники используются в высокоточных приборах для исследования космоса, атомных электростанциях, магнитных томографах.

Однако на данный момент все элементы, обладающие низкотемпературной сверхпроводимостью, либо токсичны (свинец, висмут, таллий), либо слишком дороги (например, тантал). Поэтому перед учеными стоит задача создать безопасный и экономически выгодный сверхпроводник. Чистые металлы уже исследованы, и теперь ученые занимаются соединениями, состоящими из металлов разных блоков Периодической системы.

Как говорят химики, соединения галлия и молибдена изначально рассматривались как перспективные сверхпроводники. А в процессе их изучения выяснилось ещё кое-что.

«Из литературы было известно только одно соединение галлия и молибдена со сверхпроводящими свойствами – Mo₈Ga₄₁, – рассказывает автор работ, д.х.н., профессор химического факультета МГУ Андрей Шевельков. – Мы обратили внимание на то, что это соединение по структуре имеет сходство с веществами, которые мы ранее рассматривали в качестве потенциальных термоэлектриков (веществ, способных преобразовывать электричество в тепло и наоборот). Однако сам механизм сверхпроводимости в этом соединении описан очень скудно. Поскольку подобные структуры – это область наших интересов, мы провели несколько опытов, которые показали, что параметры сверхпроводимости нетривиальны и соединение не единственное в своем роде. После этого началась серия исследований длиной в 5 лет, в течение которых было найдено около 10 соединений с похожими показателями сверхпроводимости».

На сегодня существует 2 группы сверхпроводников – так называемые проводники I и II рода. Они обе описаны современной теоретической физикой, а механизм сверхпроводимости в них подробно изучен.

«Сейчас мы нашли аномальные сверхпроводники, физика которых пока непонятна. Она описана лишь экспериментально и точно не укладывается ни в один из типов. Мы можем только привести основные параметры сверхпроводимости, табулировать их, обозначить отличия от известных видов проводников. Один из параметров, на который мы обратили особое внимание, – взаимодействие электронов атомов с согласованными колебаниями кристаллической решетки, которое по силе в разы превосходит наблюдаемое в проводниках I и II рода. Возможно, именно поэтому у ряда соединений молибдена с галлием появляются сверхпроводящие свойства. Для нас важно понять не только природу и механизм этого типа сверхпроводимости, но и то, как можно на него влиять. В этом процессе задействованы физики и химики. Наша роль – изучить процесс образования этих соединений, синтезировать новые и показать, что их физические свойства нетипичны для уже существующих сверхпроводников», – пояснил Андрей Шевельков.