Исследователи из Сколтеха и МФТИ вместе с коллегами открыли новое правило, которое облегчает поиск высокотемпературных сверхпроводников среди металлических гидридов. Ученые установили связь между положением элемента в таблице Менделеева и его способностью к образованию сверхпроводящего гидрида. Результаты работы исследователей представлены в журнале Current Opinion in Solid State & Materials Science.

Сверхпроводники — это такие материалы, которые при определенной температуре теряют сопротивление и начинают проводить электрический ток без тепловых потерь. Внедрение таких материалов в существующие энергосети позволит снизить затраты на получение энергии и сэкономить множество денег. Однако все известные на сегодня сверхпроводники переходят в это состояние либо при очень низких температурах, либо при очень высоких давлениях. И хотя сверхпроводящие магниты уже нашли применение, например, в сканерах МРТ, массовому внедрению сверхпроводников во всю электронику сегодня мешает их низкая температура перехода.

Ранее ученые показали, что перспективным сверхпроводником при комнатных температурах может быть металлический водород, однако он существует только при очень высоком давлении. Чтобы сделать стабильный при атмосферном давлении материал, обладающий сверхпроводимостью при комнатной температуре, исследователи устремили свой взор в сторону гидридов — бинарных соединений водорода с другим элементами. Ранее уже было показано, что гидрид лантана LaH₁₀ становится сверхпроводящим при температуре -23 °С и давлении 1,7 миллиона атмосфер.

Чтобы поиск сверхпроводников среди гидридов не шел методом «научного тыка», российские ученые исследовали связь между положением элемента в периодической системе и переходом его гидрида в сверхпроводящее состояние. В результате исследователи открыли новое правило, которое позволяет делать это.

«Поначалу связь между сверхпроводимостью и периодической таблицей казалась нам чем-то загадочным. Мы и сейчас не до конца понимаем ее природу, но думаем, что она обусловлена чувствительностью электронной структуры элементов на границе между элементами s и p или s и d групп к искажениям кристаллической решетки. Это способствует сильному электрон-фононному взаимодействию, которое и лежит в основе сверхпроводимости гидридов», — отмечает один из авторов исследования, профессор Сколтеха Артем Оганов.

Поддержанным грантом Российского научного фонда исследователям удалось не только найти важную качественную закономерность, но и обучить нейронную сеть для предсказания значения максимальной температуры перехода в сверхпроводящее состояние для соединений, по которым отсутствуют экспериментальные или теоретические данные. Для некоторых элементов в ранее опубликованных данных наблюдались аномалии. Исследователи решили проверить их, используя эволюционный алгоритм USPEX. Новое правило оказалось справедливым и его моделирование совпало с результатами работы USPEX.