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
Запуск Falcon 9 завершился успехом: что было на борту миссии
Космос
Прототип Boom Supersonic XB-1 приблизился к звуковому барьеру
Новости
Ученые заглянули внутрь нейтронных звезд, используя квантовую физику
Космос
Квантовые симуляторы: объяснение от ученого
Мнения
Источник в СМИ назвал возможную причину сбоя рунета
Новости
Мошенники начали выдавать себя за начальников в рабочих чатах: как это работает
Новости
Холодные атомы этого металла могут создавать новые состояния материи
Наука
Древние артефакты в Украине раскрыли тайны навигации викингов
Наука
Послушайте, как звучат вспышки на Солнце: данные собрал Solar Orbiter  
Космос
Тяжелый беспилотник на водородных топливных ячейках впервые испытали в Китае
Новости
Ученые создали катализатор, который нарушает законы физики
Наука
Физики обнаружили необычные магнитные свойства в трехслойном графене
Наука
Биоинженеры создали ДНК-робота, который может менять форму искусственной клетки
Наука
«Горы» на нейтронных звездах могут вызывать рябь в пространстве-времени
Космос
На телах древних мумий из Перу нашли сложные узоры татуировок
Наука
У черной дыры прячется белый карлик, движущийся с половиной скорости света
Космос
Стартап из России разрабатывает нанопротез для восстановления поврежденных нервов
Наука
Генетики разгадали секреты выживания устойчивой к антибиотикам бактерии
Наука
Астрофизики разгадали тайну космических ускорителей частиц
Космос
Илон Маск: Neuralink поставил мозговой имплант третьему пациенту
Новости