12.04.2018

Учёные из Сколтеха и Физтеха нашли закономерность в высокотемпературной сверхпроводимости

Учёные из Сколтеха продемонстрировали высокотемпературную сверхпроводимость гидридов актиния и открыли общий принцип расчёта сверхпроводимости гидридов, основанный исключительно на периодической системе химических элементов.

Высокотемпературная сверхпроводимость — это феномен, при котором электрическое сопротивление некоторых материалов падает до нуля при температуре выше -196 °C (температура кипения жидкого азота). Активными исследованиями этого феномена физики, химики и материаловеды по всему миру занимались десятилетними, поскольку сверхпроводники, сохраняющие свои свойства при комнатной температуре, открывают широкие перспективы для энергетики, транспорта и других высокотехнологичных областей. На сегодняшний день рекордсменом по высокотемпературной сверхпроводимости является сульфид водорода (сероводород, сернистый водород, дигидросульфид, химическая формула — H₂S), демонстрирующий свойства сверхпроводимости под давлением около 1,5 млн атмосфер (≈150 ГПа) и температурах до -70 °C.

Такое давление может быть создано только в лабораторных условиях, да и температуры далеки от комнатных, поэтому учёные находятся в поиске новых сверхпроводников. Возможно, в соединениях металлов с водородом можно достичь эффекта сверхпроводимости даже при более высоких температурах, но связь между химическим составом материала и сверхпроводимостью до настоящего времени была неясна, заставляя исследователей двигаться путём проб и ошибок.

Группа химиков под руководством профессора Сколтеха и Московского физико-технического института Артёма Оганова обнаружила, что элементы, способные формировать сверхпроводящие соединения, расположены в определённом порядке в периодической системе химических элементов. Было установлено, что высокотемпературная сверхпроводимость возникает в материалах, содержащих атомы металлов, близких к заполнению нового электронного подуровня. Атомы металла внутри соединений, предположительно, очень чувствительны к расположению окружающих атомов. Последнее, в свою очередь, приводит к сильным электрон-фононным взаимодействиям — это механизм формирования обычной сверхпроводимости. Руководствуясь этим предположением, учёные разработали гипотезу, согласно которой высокотемпературная сверхпроводимость должна была сформироваться в гидриде актиния. Гипотеза подтвердилась: эффект развился при давлении 1,5 млн атмосфер и температурном диапазоне -69—22 °C.

«Саму идею связи между сверхпроводимостью и периодической таблицей, — рассказал профессор Оганов, — высказал мой студент Дмитрий Семенок. Открытый им принцип очень прост, и удивительно, что никто не заметил этого ранее».

Анна Керман

Источники:

1. 22century.ru