Международная группа исследователей из «Сколтеха», Института кристаллографии РАН и Центра высоких давлений HPSTAR в Пекине (Китай) работает над проектом по изучению сверхпроводимости гидридов. Гидриды представляют собой соединений металлов с водородом, образующихся при высоком давлении. Учёные ожидают, что эти соединения смогут работать при более высоких температурах, чем купратные сверхпроводники. Группа совместно с коллегами из других ведущих научных институтов России, Китая, Германии и США уже опубликовала исследования в журнале Advanced Science. Об этом информационной службе Хабра рассказали в пресс‑службе «Сколтеха».
Группа учёных из «Сколтеха» и Центра высоких давлений HPSTAR проводит эксперименты, чтобы приблизиться к достижению комнатной температуры сверхпроводимости. Сверхпроводимость — это свойство материала проводить электричество без потерь и сопротивления. Сверхпроводники существенно упрощают передачу электрического тока и используются в новых технологических разработках — например, в больших магнитах или квантовых компьютерах, которые в миллионы раз быстрее решают задачи, практически недоступные для обычных компьютеров. Однако пока такие технологии дорогие из‑за того, что существующие сверхпроводники могут работать только при очень низких температурах — в основном ниже минус 196о.Александр Квашнин
Соавтор работы, старший преподаватель в Проектном центре по энергопереходу «Сколтеха»
«Тема гидридной высокотемпературной сверхпроводимости становится всё более популярной из-за открытия новых материалов с рекордными критическими температурами. В такой ситуации очень важно понимать и изучать физические механизмы проводимости и сверхпроводимости в гидридах, а также структуру новых материалов, иначе можно получить некорректные данные. В наших исследованиях эта задача успешно решается».
В новой статье учёные изучили химическое взаимодействие между оловом (Sn) и водородом (H2) под давлением 180-240 гигапаскалей с помощью электротранспортных измерений и синхротронной рентгеновской монокристальной и порошковой дифракции. Дмитрий Семенок
Соавтор исследования, научный сотрудник в Центре высоких давлений HPSTAR
«Для экспериментов мы используем алмазные камеры высокого давления с двумя алмазными наковальнями, которые с усилием прижимаются друг к другу. Между ними помещается небольшой образец исследуемого материала. В рамках этой работы мы загружали в камеру жидкий станнан — молекулярный гидрид олова SnH4. При сдавливании алмазов в области диаметром 50 мкм развивается огромное давление — до 2-2.5 миллионов атмосфер. В результате свойства вещества изменяются и образуются новые соединения олова с водородом. Прозрачная жидкость SnH4 превращается в полупроводник, потом становится металлом, а затем сверхпроводником с критической температурой в 72 К. Электротранспортные свойства мы исследовали, используя металлические контакты на алмазе и пропуская электрический ток через образец. Структуру новых гидридов олова мы изучали с использованием монокристальной и порошковой синхротронной дифракции».
По словам исследователей, SnH4 под давлением проявляет необычные свойства: электрическое и магнитное сопротивление этого гидрида в несверхпроводящем состоянии практически линейно зависят от температуры и приложенного магнитного поля соответственно. Верхнее критическое магнитное поле также линейно зависит от температуры, отклоняясь от общепринятых моделей. Поведение тетрагидрида олова оказывается очень похожим на поведение купратных сверхпроводников, которые принято характеризовать как «странные», нефермижидкостные, металлы.
По словам соавтора исследования и научного сотрудника в Центре высоких давлений HPSTAR Дмитрия Семенока, группа ранее исследовала сверхпроводящие гидриды тория, иттрия, церия, лантана‑иттрия и лантана‑церия при давлении до двух миллионов атмосфер. Максимальная температура, которой н удалось достичь исследователям, была около 253 К (приблизительно –20о).
Так называемые странные металлы проводят электричество не так, как обычные. На рассеяние электронов и электрическое сопротивление в них влияют не только тепловые колебания решётки и электроны, но и другие факторы и экзотические частицы, например, сверхпроводящие флуктуации, магноны, волны спиновой и зарядовой плотности.
Дмитрий Семенок заявил, что их исследования — это одним из первых связующих звеньев между богатой на квантовые эффекты областью купратной сверхпроводимости и гидридной сверхпроводимостью при высоких давлениях. При этом другие сверхпроводящие гидриды с большой практической значимостью (например, супергидрид лантана LaH10) также могут оказаться «странными» металлами и детальное исследование этих метало свойств ещё впереди.
Учёные будут продолжать исследования физических свойств сверхпроводящих гидридов металлов с акцентом на квантовые эффекты в них при сверхнизких температурах. Особенный интерес у группы исследователей вызывают гидриды церия, CeH9 и CeH10, большие образцы которых могут быть получены при значительно более низком давлении около миллиона атмосфер.
Источник новости: habr.com
