Ученые Сколтеха и их китайские коллеги экспериментально продемонстрировали сверхпроводимость у супергидридов церия CeH9 и CeH10, сделав важный шаг на пути к созданию материалов, способных переходить в сверхпроводящее состояние при комнатной температуре и более низком давлении. Авторы статьи подчеркивают, что большинство элементов со свойствами высокотемпературных сверхпроводников уже изучены. Теперь предстоит понять, каким образом нужно соединить элементы, чтобы достигнуть сверхпроводимости при более высоких температурах и более низком давлении. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters, кратко о ним рассказала пресс-служба Сколтеха.
Добиться сверхпроводимости можно либо при экстремально низких температурах (не выше 135 К, что соответствует −138 °С), либо при экстремально высоком давлении (в 2019 году ученые установили, что гидрид лантана LaH10 становится сверхпроводником при температуре −23 °С и давлении в 1,7 миллиона атмосфер, а в 2020 году сверхпроводимость была обнаружена у вещества с неизвестным составом в системе S-C-H при температуре +15 °С и давлении в 2,7 миллиона атмосфер). Ученые ведут активный поиск соединений, обладающих сверхпроводимостью при температурах, близких к комнатной, но не требующих при этом запредельных уровней давления.
Профессор Сколтеха Артём Оганов и аспирант Дмитрий Семенок совместно с группой китайских ученых под руководством профессоров Тиань Цуя (Tian Cui) и Сяоли Хуана (Xiaoli Huang) из Цзилиньского университета завершили очередную работу, в ходе которой сверхпроводимость была продемонстрирована у двух супергидридов церия — открытого в 2019 году CeH9 и у впервые синтезированного CeH10. Супергидридами называют соединения, содержащие аномально большое количество атомов водорода. Например, обычный гидрид лития имеет формулу LiH, а супергидриды – LiH6 и LiH7. Супергидриды стабильны при высоком давлении. Высокая плотность водорода в веществе супергидридов обеспечивает им сверхпроводящие свойства.
«Гидриды церия отличаются тем, что демонстрируют стабильность и сверхпроводимость с критической температурой до 100–110 K при более низких давлениях (около 0,8 миллиона атмосфер) по сравнению со всеми остальными супергидридами. Эти соединения — идеальный объект для дальнейших исследований механизма сверхпроводимости гидридов, а также создания других сверхпроводников, обладающих стабильностью при еще более низких давлениях», — говорится в статье.
«Ранее мы установили, что между положением элемента в Периодической системе Менделеева и сверхпроводимостью гидрида существует очень тесная связь, и, как мы полагаем, это относится не только к гидридам. Например, лантан (La) и церий (Ce) в таблице Менделеева располагаются по соседству, и гидриды этих элементов являются высокотемпературными сверхпроводниками, но ведут они себя по-разному: LaH10 переходит в сверхпроводящее состояние при более высоких температурах, в то время как CeH10 обладает стабильностью при более низких давлениях», — отмечает профессор Оганов.
Исследование проводилось с участием специалистов Цзилиньского университета, Университета Нинбо и Центра перспективных исследований и технологий высокого давления (КНР).