В нарушении сверхпроводимости материалов оказался виноват водород

Прошлым летом была объявлена ​​новая эра высокотемпературной сверхпроводимости — никелевая эра. Было обнаружено, что существуют перспективные сверхпроводники в специальном классе материалов, так называемые никелаты, которые могут проводить электрический ток без какого-либо сопротивления даже при высоких температурах. Но повторить этот опыт не удавалось никому в течение года. Оказалось, в этом были виноваты атомы водорода. Исследование об этом опубликовано в Physical Review Letters.

Однако вскоре стало очевидно, что эти впечатляющие результаты Стэнфорда не могут быть воспроизведены другими исследовательскими группами. Но Университет Туена в Вене нашел причину: в некоторых никелатах в структуру материала включены дополнительные атомы водорода. Это полностью меняет электрическое поведение материала. При изготовлении новых сверхпроводников этот эффект теперь необходимо учитывать.

Некоторые материалы являются сверхпроводящими только вблизи абсолютного нуля температуры — такие сверхпроводники не подходят для технических применений. Поэтому на протяжении десятилетий люди искали материалы, которые остаются сверхпроводящими даже при более высоких температурах. В 1980-х годах были открыты «высокотемпературные сверхпроводники». Но даже эти как бы высокие температуры на самом деле были совсем холодными: даже высокотемпературные сверхпроводники должны сильно охлаждаться, чтобы получить их сверхпроводящие свойства. Поэтому поиск новых сверхпроводников при еще более высоких температурах продолжается.

В течение долгого времени особое внимание уделялось так называемым купратам, то есть соединениям, содержащим медь. Вот почему был век меди. С этими купратами был достигнут некоторый важный прогресс, хотя сегодня в теории высокотемпературной сверхпроводимости остается много открытых вопросов.

Карстен Хельд из Института физики твердого тела в Университете Туена

Но в течение некоторого времени другие возможности также рассматривались. Уже существовал так называемый железный век на основе железосодержащих сверхпроводников. Летом 2019 года исследовательской группе Гарольда Хуанга из Стэнфорда удалось продемонстрировать высокотемпературную сверхпроводимость никелатов.

Однако после некоторого первоначального энтузиазма в последние месяцы стало очевидно, что никелевые сверхпроводники сложнее производить, чем первоначально предполагалось. Другие исследовательские группы сообщили, что их никелаты не обладают сверхпроводящими свойствами. Это очевидное противоречие было разъяснено в этом исследовании.

Основываясь на наших расчетах, мы уже предлагали никелаты в качестве сверхпроводников 10 лет назад, но они несколько отличались от тех, которые были обнаружены в настоящее время. Они относятся к купратам, но содержат атомы никеля вместо атомов меди.

Карстен Хельд из Института физики твердого тела в Университете Туена

Физики проанализировали никелаты с помощью суперкомпьютеров и обнаружили, что они чрезвычайно восприимчивы к воздействию водорода в материале. При синтезе некоторых никелатов могут быть включены атомы водорода, что полностью меняет электронные свойства материала. Однако этого не происходит со всеми никелатами. Расчеты показывают, что для большинства из них энергетически выгоднее включать водород, но не для никелатов из Стэнфорда. Даже небольшие изменения в условиях синтеза могут иметь значение. При этом сингапурские ученые сообщили, что им также удалось произвести сверхпроводящие никелаты.

Высокотемпературная сверхпроводимость — чрезвычайно сложная и трудная область исследований. Новые никелевые сверхпроводники вместе с нашим теоретическим пониманием и предсказательной силой компьютерных вычислений открывают совершенно новый взгляд на великую мечту физики твердого тела: сверхпроводник при температуре окружающей среды, который, следовательно, работает без какого-либо охлаждения.

Карстен Хельд из Института физики твердого тела в Университете Туена

Здесь же исследователи разрабатывали и использовали новые компьютерные методы расчета для понимания и прогнозирования свойств никелатов. Поскольку большое количество квантово-физических частиц всегда играет роль в одно и то же время, вычисления чрезвычайно сложны, но, комбинируя различные методы, можно оценить критическую температуру, до которой различные материалы являются сверхпроводящими. Так ученые смогли рассчитать допустимый диапазон концентрации стронция, для которого никелаты являются сверхпроводящими, и теперь этот прогноз подтвердился в эксперименте.

Подписывайтесь
на наши каналы в Telegram

«Хайтек»новостионлайн

«Хайтек»Dailyновости 3 раза в день

Первая полоса
ИИ использует единый центр обработки разных типов данных, как мозг человека
Новости
Японский лунный модуль подлетел к Луне и сфотографировал спутник вблизи
Космос
Дикие рыбы способны запоминать и узнавать дайверов, показал эксперимент
Наука
НАСА на 40% повысило риск падения на Землю астероида, способного уничтожить город
Космос
Биоинженеры создали из мидий и слизи антибактериальный клей
Наука
Телескоп с «глазом лобстера» обнаружил редкую двойную звездную систему
Космос
Solar Orbiter приблизится к Венере, чтобы подняться к полюсу Солнца
Космос
В Китае объединили солнечную энергетику с выращиванием морских огурцов
Новости
Какие навыки нужны системному аналитику
Технологии
Появление речи связали с эволюцией одного белка
Наука
Для запрещенной соцсети проложат крупнейший в мире подводный кабель
Новости
Илон Маск представил Grok 3 — ИИ нового поколения с мощным дата-центром
Новости
Эксперты проверили «чудо» со статуей Девы Марии: что показал ДНК-тест
Наука
Время может двигаться вперед и назад одновременно: что выяснили физики
Наука
Космологический принцип Вселенной поставили под сомнение
Космос
Ядерные часы могут появиться в России уже в 2030 году  
Наука
Эмоции животных теперь можно определить с помощью ИИ
Новости
Создан переключатель генов для клеточной терапии на основе пластыря
Наука
Ученые предположили, что разумная жизнь на Земле — закономерность, а не случайность
Наука
Ледяные шапки на Земле — редкая аномалия, заявляют учение
Наука