Группа ученых под руководством профессора Сколтеха Артема Оганова изучила структуру и свойства тройных гидридов лантана и иттрия. Выяснилось, что включение в состав двойного гидрида дополнительного элемента позволяет добиться стабилизации кристаллической структуры, которая не может существовать в бинарных соединениях.

Результаты исследования опубликованы в журнале Materials Today.

Долгое время рекорд высокотемпературной сверхпроводимости удерживали соединения меди – купраты, но в 2014 году все поменялось, когда предсказали необычное соединение состава H₃S, для которого была определена высокотемпературная сверхпроводимость при температуре 191–204 градусов Кельвина. Действительно, в том же году этот гидрид серы получили экспериментально и доказали его рекордную сверхпроводимость.

Вслед за этим многие лаборатории высоких давлений занялись и другими соединениями, аномально богатыми водородом – супергидридами. Были найдены еще более высокотемпературные сверхпроводники: LaH₁₀ (при давлении два миллиона атмосфер сверхпроводимость в нем наблюдается при 250–260 K) и предсказан гидрид близкого к лантану иттрия – YH₁₀. Но YH₁₀, который оказался нестабильным и синтезировать его в чистом виде до настоящего момента никому не удавалось.

Возможность дальнейшего повышения критической температуры двойных гидридов на этом исчерпалась, и химики стали работать над тройными гидридами. Это направление сейчас наиболее перспективно в области гидридной сверхпроводимости. Так, в 2020 году, после более чем ста лет поисков и исследований, был синтезирован первый комнатный сверхпроводник (тройной гидрид серы и углерода) с критической температурой + 15 градусов Цельсия.

В новой работе ученые из Сколтеха, Института Кристаллографии РАН и центра «Высокотемпературной сверхпроводимости и квантовых материалов» имени В. Л. Гинзбурга изучили тройные гидриды лантана и иттрия, с разным соотношением этих элементов.

«Лантан и иттрий похожи, а их гидриды отличаются. YH₆ существует, а LaH₆ нет, а для LaH₁₀ и YH₁₀ все наоборот: LaH₁₀ существует, а YH₁₀ – нет. Мы обнаружили, что введением второго элемента можно стабилизировать обе эти структуры. Например, при введении 30 процентов иттрия становится стабильным LaH₆, и его критическая температура сверхпроводимости несколько выше, чем у YH₆», – рассказывает Артем Оганов.

Другой результат исследования — выяснение общих особенностей сверхпроводимости тройных гидридов.

«Мы поняли, что при переходе к тройным и четверным гидридам их структуры становятся все менее и менее упорядоченными, а ширина сверхпроводящего перехода существенно увеличивается. Такие соединения требуют более длительного и интенсивного лазерного нагрева, чем бинарные гидриды», – говорит первый автор статьи, аспирант Сколтеха Дмитрий Семенок.

По мнению ученых, исследование тройных гидридов – это хорошая стратегия для стабилизации нестабильных соединений и для усиления их сверхпроводящих свойств.