В России синтезировали «невозможный» сверхпроводник

Команда ученых из России совместно с зарубежными коллегами создала запрещенное классической химией соединение — нонагидрид церия. Оно демонстрирует сверхпроводимость при сравнительно низком давлении в миллион атмосфер и температуре в 73 кельвина. Работа опубликована в журнале Nature Communications, целиком с ней можно ознакомиться на сайте препринтов arXiv.org.

Сверхпроводники — это материалы, которые благодаря своей структуре могут проводить ток без сопротивления при определенных условиях. Но эти условия обычно ограничиваются очень низкими температурами и высокими давлениями. Это делает существующие сверхпроводниковые технологии дорогими и неприменимыми в реальных условиях. Открытие высокотемпературных сверхпроводников, работающих при нормальных давлениях, позволило бы передавать электроэнергию по ЛЭП без потерь, удешевить медицинские томографы и поезда на магнитной подушке.

Считается, что при чрезвычайно сильном сжатии водород должен стать металлом. Предыдущие расчеты показали, что металлический водород сможет проявлять сверхпроводимость даже при комнатной температуре. К сожалению, металлизация чистого водорода требует колоссального давления, около пяти миллионов атмосфер. Для сравнения, давление в центре Земли составляет 3,6 млн атмосфер.

«Поэтому материаловеды идут по другому пути: синтезируются так называемые "запрещенные" соединения разных элементов, например лантана, серы или церия — и водорода, с повышенным содержанием последнего. Скажем, классическая химия предусматривает вещества с формулами CeH₂ и CeH₃. Мы же „упаковываем“ в супергидрид церия еще больше атомов водорода и получаем соединение CeH₉», — поясняет автор исследования, профессор Сколтеха и МФТИ Артем Оганов.

Чтобы получить нонагидрид церия, авторы работы поместили в камеру с алмазными наковальнями микроскопический образец металла и вещество, выделяющее при нагревании газообразный водород. Затем образец церия сжимали между двумя плоскими алмазами, создавая очень высокое давление. При этом содержащий водород реагент нагревался лазером. По мере увеличения давления в камере образовывались гидриды церия со все большим содержанием водорода — начиная с двух атомов водорода на один атом церия и доходя, наконец, до соотношения девять к одному.

«Хотя сверхпроводящие свойства супергидрида церия проявляются только при охлаждении до −200 °C, этот материал интересен тем, что стабилен при более низком давлении (1 млн атмосфер), чем полученные ранее супергидриды серы и лантана», — рассказывает соавтор работы, научный сотрудник МФТИ и Всероссийского НИИ автоматики им. Н.  Л. Духова Иван Круглов.

Для выяснения кристаллической структуры образовавшегося вещества ученые использовали рентгенодифракционный анализ, который показал, как в таком соединении располагаются атомы церия. Оказалось, что каждый из них окружен своего рода сферической клеткой из 29 атомов водорода. При этом водороды связаны между собой ковалентными связями, а атомы церия занимают предоставленные им полости.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.