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
Ученые решили проблему, которая мешала запуску термоядерных реакторов почти 70 лет
Наука
Китайское «супероружие» для подводных диверсий оказалось не таким, как считалось
Новости
Отключение мобильного интернета в Москве: какие последствия для бизнеса
Новости
Киберполиция назвала новые схемы мошенников: как они воруют аккаунты на «Госуслугах»
Новости
Хокинг предсказал гибель Земли: оказалось, НАСА сочло угрозу реальной
Наука
Создатель Ethereum признал свои ошибки и решил изменить криптовалюту
Новости
«Ред ОС 8» заработала на Arm-платформах — теперь и на «Байкале»
Новости
Компания Цукерберга использовала уязвимость подростков для рекламы
Новости
Старая модель не работает: ученые ищут новые объяснения устройства Вселенной
Космос
Пыльцевая буря накрыла центр России: что это и как защититься аллергикам
Наука
3400-летние артефакты загадочного племени нашли на вершине потухшего вулкана в Венгрии
Наука
На 3D-принтере напечатали электрод, который работает эффективнее ЭЭГ
Наука
Древесная стружка и ветки: открыт необычный способ мумификации с удивительной эффективностью
Наука
Физики MIT наблюдали квантовые взаимодействия между атомами
Наука
В Перми предложили способ очистки побережья от последствий разлива нефти
Наука
«Уэбб» заглянул сквозь дымку, окутывающую популярные и загадочные экзопланеты
Космос
Хирурги впервые удалили опухоль позвоночника через глазницу
Наука
Не только в небе: птерозавры ходили бок о бок с динозаврами, выяснили ученые
Наука
Синтезирована молекула, «которая может заменить кремний в микроэлектронике»
Наука
Меньше вспышек, больше бурь: ученые рассказали об активности Солнца в первые месяцы года
Космос