Меню
22:22 - 23.05.2019 / Просмотров: 898
Физики открыли сверхпроводимость при рекордно высокой температуре
Физики открыли сверхпроводимость при рекордно высокой температуреФизики открыли сверхпроводимость при рекордно высокой температуре

Учеными установлен новый рекорд температуры для сверхпроводимости, сообщает информационный новостной портал evo-rus.com.

Группа специалистов, среди которых были и российские ученые, смогли доказать, что уже при рекордно большой температуре в –23 °C в гидриде лантана наблюдается сверхпроводимость. Хотя этот конкретный материал использовать в качестве сверхпроводника и нерационально, он указывает на путь, который может привести к обнаружению действительно эффективных и практичных сверхпроводящих материалов.

Сверхпроводимость, то есть отсутствие у проводника сопротивления при температуре ниже определенной точки, была открыта в начале прошлого века. Долгое время считалось, что ученые довольно хорошо поняли это явление. Была создана теория Бардина — Купера — Шриффера (кратко ее называют теорией БКШ), согласно которой электроны в состоянии сверхпроводимости двигаются парами, с противоположными спинами (то есть, упрощенно, с противоположными направлениями вращения вокруг своей оси). Такие пары не испытывают сопротивления при движении через кристаллическую решетку материала.

Однако у этой теории есть проблема: она предсказывает, что такие пары электронов (ученые назвали их куперовскими) могут существовать только при весьма низких температурах, не выше –243 °C. Иначе поведение электронов в парах перестает быть скореллированным, и они распадаются.

Самые ценные для практики сверхпроводники — те, в которых температура перехода в сверхпроводящее состояние как можно выше. Начиная с 1980-х такие материалы открывают систематически, но объяснить их свойства теоретически ученые не смогли. Поэтому трудно выбрать и наиболее перспективные направления поиска таких материалов. Поэтому ученые не вполне понимают, какие именно свойства нужны высокотемпературным сверхпроводникам, и иногда ищут их почти вслепую.

Новая работа затрагивает прошлогодний эксперимент с гидридом лантана (LaH10). Согласно одной из не вполне подтвержденных гипотез, ранее этот материал считался возможным высокотемпературным проводником. Это весьма экзотическое соединение с клатратной структурой. Это означает, что атомы водорода образуют в гидриде лантана «решетку», в которой они связаны друг с другом ковалентными связями. При этом в центре решетки из десяти атомов водорода лежит один атом лантана, который удерживает уже ионная, а не ковалентная связь.

К сожалению, такие клатраты получить очень сложно — для этого нужна температура выше 700 °C, атмосфера из чистого водорода и давление в пару миллионов атмосфер. То есть получить их можно только в алмазной наковальне, отчего размер полученного образца будет микроскопическим. К тому же проверить его проводимость в таких условиях очень сложно — сверхвысокое давление разрушит любые электроды. Даже синтез соединения очень сложен, и оно впервые было получено только в 2017 году.

В своей новой работе, опубликованной в Nature, исследователи решили косвенно подтвердить, достигается ли сверхпроводимость в образцах гидрида лантана. Для этого они воздействовали магнитным полем на образец гидрида лантана размером в 20 микрометров. При этом ученые следили, как по мере изменения температуры образца меняются параметры поля.

Оказалось, что они действительно меняются, а при температуре от –23 °C и ниже магнитное поле будет полностью вытесняться из материала — так, как и должно быть в случае сверхпроводника. Это показывает, что гидрид лантана действительно сверхпроводник, причем рекордно высокотемпературный. На данный момент нет ни одной научной работы, опубликованной в рецензируемом журнале, которая показывала бы более высокую температуру перехода любого материала в сверхпроводящее состояние.

Конечно, практическое использование такого сверхпроводника вне стен лабораторий сомнительно. Давление в 1,7 миллиона атмосфер, при котором гидрид лантана показывает сверхпроводимость, поддерживать слишком дорого. Однако изучение этого экзотического соединения даст возможность лучше понять, как именно возникает высокотемпературная сверхпроводимость, а значит, и решить вопрос о том, в каком материале она будет поддерживаться при нормальном давлении и максимально возможной температуре.