Российские ученые из Сколтеха и Физического института им. П. Н. Лебедева РАН совместно со специалистами из США, Германии и Японии оценили влияние примесей, в том числе магнитных, на гидридные сверхпроводники. Оказалось, что немагнитные примеси не оказывают влияния на электрон-фотонные сверхпроводники. Магнитные же примеси снижали критическую температуру сверхпроводимости. Новые данные помогут ученым разрабатывать сверхпроводники, которые могут существовать при высоких температурах и для синтеза которых требуется меньшее давление. Исследование опубликовано в журнале Advanced Materials.
Сверхпроводники — это материалы, электрическое сопротивление которых равно нулю при определенной температуре. В настоящее время ученые ищут высокотемпературные сверхпроводники, которые могли бы функционировать при температуре, близкой к комнатной. Такие материалы можно было бы использовать в ряде сфер, начиная от медицины и заканчивая электроникой. В теории лучшим сверхпроводником мог бы стать водород, сжатый до состояния металла, но такой материал сложно синтезировать. В качестве альтернативы рассматриваются водородсодержащие соединения, например гидриды металлов. Одним из перспективных высокотемпературных сверхпроводников ученые считают супергидрид лантана LaH10, критическая температура которого равна -23 °С.
Чтобы попытаться повысить температуру сверхпроводимости у этого материала, ученые нужно выяснить механизм развития этого явления у данного соединения. Авторы работы решили, что оптимальнее всего использовать один из видов сверхпроводимости — электрон-фононный, который основан на взаимодействиях между электронами и фононами (квантами колебаний кристаллической решетки). В таком случае для повышения температуры сверхпроводимости можно использовать полигидриды — соединения, в которые, помимо водорода, входят два и более других элементов. Тогда ученые проверили, применяется ли в случае супергидрида лантана теорема Андерсона. Она гласит, что только у электрон-фононных сверхпроводников наличие немагнитных примесей не влияет на сверхпроводимость, а введение магнитных примесей приводит к резкому снижению критической температуры. Ученые экспериментально доказали соблюдение этой теоремы. При добавлении к супергидриду лантана примесей немагнитного иттрия температура сверхпроводимости не изменялась. При добавлении примесей магнитного неодима, напротив, характеристики соединения менялись. «Оказалось, что при увеличении количества атомов неодима сверхпроводимость существенно подавлялась и полностью исчезала, когда содержание неодима достигало около 15–20 атомных процентов», — рассказал первый автор исследования, аспирант Сколтеха Дмитрий Семенок.
Понимание того, как примеси, магитные и нет, влияют на сверхпроводящие свойства материала, очень важно. Это знание может быть использовано при получении новых полигидридных материалов, которые могут функционировать при более высоких температурах и для синтеза которых требуется более низкое давление.
«Вся проблема в том, что до сих пор было непонятно, какие именно тройные составы позволят улучшить сверхпроводящие свойства полигидридов. В результате сохранялась достаточно высокая степень неопределенности, тормозившая прогресс в поисках сверхпроводимости при температурах, близких к комнатной. Нам удалось устранить эту неопределенность и открыть путь для дальнейших исследований», — подвел итог Артем Оганов, руководитель исследования, профессор Сколтеха.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
