Ученые России совместно с китайскими и американскими партнерами совершили прорыв, создав первый высокотемпературный сверхпроводник на основе соединения водорода и церия. Этот редкоземельный металл обеспечил материалу стабильность при беспрецедентно низком для подобных соединений давлении, что ранее считалось невозможным.
"Хотя сверхпроводящие свойства супергидрида церия проявляются при охлаждении до минус 200 градусов Цельсия, ключевое его преимущество — стабильность при давлении около миллиона атмосфер. Это значительно ниже, чем требовалось для супергидридов серы или лантана", — подчеркнул научный сотрудник МФТИ Иван Круглов.
Движение к сверхпроводимости при комнатной температуре
Последние годы ознаменовались созданием нескольких новых типов высокотемпературных сверхпроводников. Например, три года назад российско-германская группа обнаружила сверхпроводимость у сжатого сероводорода при температуре, приближающейся к минус 70 градусов Цельсия.
Эти открытия потребовали новых теоретических объяснений, поскольку классическая теория сверхпроводимости не предсказывала их существования.
Значительный шаг вперед сделали исследователи под руководством профессора МФТИ и Сколковского института науки и технологий Артема Оганова. Год назад они предсказали, что особыми свойствами обладают гидриды тяжелых элементов с уникальной электронной структурой, таких как уран, лантан или иттрий.
Последующее успешное создание гидрида лантана международной командой, показавшее сверхпроводимость при минус 23 градусах Цельсия, стало мощным стимулом для дальнейших исследований команды Оганова.
Фокус на снижение давления
В новой работе ученые сосредоточились не на температурных рекордах, а на поиске гидридов, сохраняющих сверхпроводимость при значительно более низких давлениях. Теоретические расчеты российских химиков указали на большой потенциал супергидрида церия (CeH9), где на атом металла приходится девять атомов водорода.
Успешный синтез уникальной структуры
Для синтеза CeH9 исследователи поместили церий и водородсодержащее вещество в алмазную наковальню. Постепенно увеличивая давление и воздействуя лазерными импульсами (разогревавшими смесь до 2000 К), они добились образования нужного соединения.
Полученный супергидрид церия полностью подтвердил предсказания Оганова и его коллег. Его уникальность заключается в структуре: каждый атом церия окружен сферической "клеткой" из 29 атомов водорода, расположенных на минимальном расстоянии и связанных прочными связями, что и определяет необычные физические свойства материала.
Стабильность и перспективы
Эксперименты показали, что CeH9 сохраняет сверхпроводящие свойства при давлениях выше 917 тысяч атмосфер, что почти вдвое ниже, чем для аналогов на основе серы или лантана.
Будущие исследования с применением ИИ
Российские ученые и их международные коллеги уже планируют следующий этап: изучение сверхпроводящих свойств двойных гидридов (с двумя разными металлами). Из-за огромного числа возможных комбинаций для поиска наиболее перспективных тройных систем будут использоваться алгоритмы искусственного интеллекта.
Иллюстрация: Уникальная структура супергидрида церия © Пресс-служба МФТИ
Источник: scientificrussia.ru
