Показать меню
17 апр 11:03Политика

Ученые сформулировали правило, которое облегчит поиск высокотемпературных сверхпроводников

Ученые сформулировали правило, которое облегчит поиск высокотемпературных сверхпроводников

Исследователи Сколтеха и Московского физико-технического института совместно с коллегами из Всероссийского научно-исследовательского института автоматики имени Н. Л. Духова и Научно-исследовательского вычислительного центра МГУ имени М. В. Ломоносова открыли новое правило, облегчающее поиск высокотемпературных сверхпроводников, представляющих сейчас особую актуальность. Ученым удалось установить связь между положением элемента в Периодической таблице и его способностью к образованию высокотемпературного сверхпроводящего гидрида. Результаты исследования, поддержанного Российским научным фондом, представлены в статье в журнале Current Opinion in Solid State & Materials Science, кратко о них рассказывается в совместном пресс-релизе Сколтеха и МФТИ.

На сегодня существует два способа достижения сверхпроводимости, причем оба требуют обеспечения предельных условий: либо очень низких температур, либо очень высокого давления. В первом случае требуется охлаждение до 100 К (–173,15 °С) или еще ниже. Результаты исследований показывают, что у металлического водорода сверхпроводимость может проявляться и при температуре, близкой к комнатной, но для этого необходимо обеспечить давление на пределе сегодняшних технических возможностей — более 4 миллионов атмосфер.

Именно поэтому взгляды ученых сейчас устремлены в сторону гидридов — соединений водорода с другим химическим элементом: эти соединения могут переходить в сверхпроводящее состояние при относительно высоких температурах и относительно низких давлениях. Действующим рекордсменом по температуре перехода является декагидрид лантана, LaH10. В прошлом году было показано, что это соединение становится сверхпроводящим при температуре –23 °С и давлении 1,7 миллиона атмосфер. Такой уровень давления вряд ли даст возможность практических применений, но тем не менее результаты, полученные в ходе исследований гидридов-сверхпроводников, имеют важное значение для других классов сверхпроводников, работающих при нормальных давлении и температуре.

Аспирант Сколтеха Дмитрий Семенок, профессор Сколтеха и МФТИ Артем Оганов и их коллеги открыли новое правило, позволяющее предсказывать максимальную критическую температуру перехода в сверхпроводящее состояние (maxTc) для гидрида металла исходя только из электронной структуры атомов металла. Это открытие существенно облегчает задачу поиска новых сверхпроводящих гидридов.

«Поначалу связь между сверхпроводимостью и Периодической таблицей казалась нам чем-то загадочным. Мы и сейчас не до конца понимаем ее природу, но полагаем, что она обусловлена тем, что электронная структура элементов на границе между элементами s и p или s и d (они располагаются между 2-й и 3-й группами таблицы) особенно чувствительна к искажениям кристаллической решетки, что способствует сильному электрон-фононному взаимодействию, которое и лежит в основе сверхпроводимости гидридов», — отмечает Артем Оганов.

Ученые не только выявили важную качественную закономерность, но и провели обучение нейронной сети для предсказания значения maxTc для соединений, по которым отсутствуют экспериментальные или теоретические данные. Для некоторых элементов в ранее опубликованных данных наблюдались аномалии. Исследователи решили проверить эти данные, используя для этой цели эволюционный алгоритм USPEX, разработанный профессором Огановым и его учениками и позволяющий предсказывать термодинамически стабильные гидриды этих элементов.

«В отношении элементов, у которых, согласно опубликованным данным, наблюдались слишком низкие или слишком высокие (по условиям нового правила) значения maxTc, мы провели систематический поиск стабильных гидридов и в результате не только подтвердили справедливость нового правила, но и получили целый ряд новых гидридов таких элементов, как магний (Mg), стронций (Sr), барий (Ba), цезий (Cs) и рубидий (Rb). В частности, было установлено, что у гексагидрида стронция SrH6 значение maxTC составляет 189 К (–84 °С) при давлении 100 ГПа, а у теоретического супергидрида бария BaH12 оно может достигать 214 K (–59 °С)», — рассказывает один из авторов работы, старший научный сотрудник Сколтеха и преподаватель МФТИ Александр Квашнин.

В 2019 году Артем Оганов и его коллеги из России, США и Китая синтезировали супергидрид церия CeH9, обладающий сверхпроводимостью при температуре 100–110 К и (относительно) низком давлении — 120 ГПа. Еще один сверхпроводник, открытый исследовательской группой в составе Дмитрия Семенка, Ивана Трояна, Александра Квашнина, Артёма Оганова и их коллег, — гидрид тория ThH10, имеющий высокую критическую температуру 161 К.

«Имея в арсенале новое правило и нейронную сеть, мы можем сосредоточить наши усилия на поиске более сложных и перспективных соединений, обладающих сверхпроводимостью при комнатной температуре. Это тройные супергидриды, состоящие из двух элементов и водорода. Нам уже удалось предсказать несколько гидридов, которые вполне могут конкурировать с LaH10 и даже превосходить его», — говорит первый автор работы Дмитрий Семенок.

Автор: По материалам: polit
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Введите два слова, показанных на изображении: *
Лента новостей
«Укрзалізниця» развернула пункты вакцинации и экспресс-тестирования на вокзалах17:34Хакер украл личные данные всего населения Аргентины, в том числе Месси и президента страны16:51Ученые определили пользу добавления витамина D в хлеб16:00Браконьеры или рыбаки? Подробности резонансной истории с убийством медведя (ФОТО)14:00Порнозвезда Ева Эльфи оценила достоинство Артёма Дзюбы13:17На Украине рассказали о состоянии Кравчука10:51В России выявлена новая мутация коронавируса AY.4.208:51Маск может стать первым в мире триллионером08:34Оружие Третьей мировой: Россия выходит на первое место в гонке вооружений06:00Количество подписчиков Netflix выросла до 214 миллионов после выхода «Игры в кальмара»03:17Запорожский автозавод планирует выпускать кроссовер «Одесса» (ФОТО)02:17Россия может прибегнуть к новым провокациям против миссии ОБСЕ на востоке Украины - разведка02:00Любовь Соболь объявили в розыск (ФОТО)23:51Ученые из ЦЕРНа получили доказательства существования новой силы природы21:34Минздрав Британии признал распространение в стране нового штамма COVID-1921:17На Украине высмеяли своего генерала за призыв оснастить ВСУ «нетрадиционным» оружием18:51Xbox проведёт юбилейную трансляцию с ретроспективой последних 20 лет бренда18:17Уридин оказался перспективным средством от ишемической болезни сердца15:16Дана Борисова назвала Татьяну Буланову «недалёкой бабой, кочевавшей по рукам»14:00Катафалки с умершими ждут в очереди у крематория по 2 часа: COVID-катастрофа в Киеве (ВИДЕО)13:34