Ученые под руководством профессора Сколтеха и МФТИ Артема Оганова и Ивана Трояна из Института кристаллографии РАН смогли синтезировать новый сверхпроводящий материал — декагидрид тория (ThH10) — с очень высокой критической температурой (161 К). Исследование поддержано грантом Российского научного фонда. Результаты исследования опубликованы в журнале Materials Today, кратко о его результатах сообщает пресс-служба МФТИ.
Сверхпроводимость обычно проявляется при весьма низких температурах или крайне высоких давлениях. Значение температуры, при котором материал превращается в сверхпроводник, называют «критической температурой». С 1910-х годов, когда голландский физик Хейке Кеммерлинг-Оннес открыл сверхпроводимость ртути при температуре 4,15 К, и до наших дней ученые всего мира пытаются получить материалы с как можно более высокой критической температурой. До недавнего времени рекорд удерживал ртутьсодержащий купрат с температурой сверхпроводимости 135 К (–138 °С). Рекорд этого года равен –13 °С (декагидрид лантана, LaH10), что очень близко к комнатной температуре, но достигается это при очень высоких давлениях в почти два миллиона атмосфер, что затрудняет практическое использование этого вещества. Идеальным было бы добиться сверхпроводимости при температуре и давлении, близких к комнатным.
В 2018 году в лаборатории профессора Сколтеха и МФТИ Артема Оганова сотрудником Александром Квашниным было сделано предсказание нового вещества, полигидрида тория ThH10, с критической температурой –32 °С при давлении в 1 миллион атмосфер.
В новом исследовании ученым из Института кристаллографии РАН, Сколтеха, МФТИ и Физического института имени П. Н. Лебедева (ФИАН) удалось получить это вещество и исследовать его транспортные свойства и сверхпроводимость. В согласии с теоретическим предсказанием, было обнаружено, что ThH10 существует при давлениях выше 0,85 миллиона атмосфер и является выдающимся высокотемпературным сверхпроводником. Критическую температуру удалось определить только при давлении в 1,7 миллиона атмосфер, где она оказалась равной –112 °С, что совпадает с теоретическим предсказанием для этого давления и уже сейчас ставит ThH10 в ряд рекордных высокотемпературных сверхпроводников.
«Современная теория и, в частности, разработанный мной и моими учениками метод USPEX, в очередной раз показывает удивительную предсказательную мощь. Предсказанное вещество, ThH10, не вписывающееся в рамки классической химии и обладающее, согласно теории, уникальными свойствами, подтверждено теперь и экспериментом. Причем качество экспериментальных данных, полученных в лаборатории Ивана Трояна, весьма высокое», — рассказывает Артем Оганов. «Мы увидели предсказанную теорией сверхпроводимость при –112 °С и 1,7 миллиона атмосфер. Учитывая замечательное согласие теории и эксперимента, интересно узнать, вырастет ли при более низких давлениях сверхпроводимость этого вещества до предсказанных –30–40 °С», — отмечает Иван Троян.
«Гидрид тория — это лишь отдельное звено большого, динамично развивающегося класса гидридных сверхпроводников. Я считаю, что в ближайшие годы гидридная сверхпроводимость покинет криогенную область и перейдет в плоскость конструирования электронных устройств на их основе», — подчеркнул автор исследования, аспирант Сколтеха Дмитрий Семенок.
