Изображение: HANYU LIU
В двух новых исследованиях сообщается о наличии сверхпроводимости — пропускании электричества без сопротивления — при температурах выше, чем было достигнуто ранее. Эффект проявляется в соединениях лантана и водорода, сжатых до чрезвычайно высоких давлений.
Все известные сверхпроводники должны быть охлаждены, чтобы функционировать, что затрудняет их использование в реальных приложениях. Если бы ученые обнаружили сверхпроводник, который работал при комнатной температуре, материал можно было бы интегрировать в электронные устройства и провода передачи, что потенциально могло бы сэкономить огромное количество энергии, теряемой в настоящее время из-за электрического сопротивления. Поэтому ученые постоянно ищут сверхтемпературные сверхпроводники. Текущий рекорд составляет 203 кельвина или -70°C.
Новые доказательства сверхпроводимости основаны на резком падении сопротивления в соединении лантана и водорода при охлаждении ниже определенной температуры. Одна команда физиков обнаружила, что сопротивление резко упало при температуре 260 кельвинов (-13°C), температуре обычного зимнего дня.
Предполагаемая сверхпроводимость имела место, когда материал находился под давлением почти в 2 миллиона раз больше давления земной атмосферы, сжатый между двумя алмазами. Некоторые образцы даже показали признаки сверхпроводимости при более высоких температурах, до 280 кельвинов (около 7°C).
Другая группа ученых обнаружила доказательства сверхпроводимости в соединении лантана и водорода при давлении 1,5 миллионов атмосфер. При охлаждении до примерно 215 кельвинов (-58°С) сопротивление соединения резко падает, сообщают исследователи.
Неясно, каковы точные структуры химических соединений и изучают ли эти две группы одинаковые материалы. Различия между образцами двух команд могут объяснить несоответствие температуры. Структура материала согласуется с LaH10, который содержит 10 атомов водорода для каждого атома лантана. Ранее ученые предсказывали, что LaH10 будет сверхпроводящим при относительно высокой температуре.
Результаты «очень интересны», говорит химик-теоретик Ева Зурек из Университета Буффало в Нью-Йорке. Однако исследования не являются окончательными: они не были рассмотрены экспертами и еще не продемонстрировали существенного отличия сверхпроводимости, называемого эффектом Мейсснера, в котором магнитные поля вытесняются из сверхпроводящего материала. Но результаты согласуются с предыдущими теоретическими предсказаниями.
В настоящее время исследователи работают над укреплением своих доказательств сверхпроводимости. «Обеим группам следует приложить больше усилий, чтобы убедить начуное сообщество».
Требование сверхвысоких давлений делает материалы маловероятными для применения, но лучшее понимание высокотемпературной сверхпроводимости может привести ученых к другим, более практичным сверхпроводникам.
Ученые ищут сверхпроводимость в богатых водородом материалах, исходя из предсказания того, что чистый водород при сжатии до чрезвычайно высоких давлений станет металлом, который является сверхпроводящим при комнатной температуре. Но металлический водород оказался трудным для производства, требуя давления даже выше, чем то, которое необходимы для богатых водородом соединений. Поэтому ученые ищут сверхпроводимость в соединениях, имитирующих водород, которые легче создавать.
M. Somayazulu et al. Evidence for superconductivity above 260 K in lanthanum superhydride at megabar pressures. arXiv:1808.07695. Posted August 23 2018.
A.P. Drozdov et al. Superconductivity at 215 K in lanthanum hydride at high pressures. arXiv:1808.07039. Posted August 21, 2018.
R.J. Hemley. Progress on hydride, superhydride and hydrogen superconductors. International Symposium: Superconductivity and Pressure, Madrid, May 22, 2018.