Ученые открыли основу для работающего при комнатной температуре сверхпроводника

ТАСС, 3 февраля. Американские и европейские исследователи выяснили, что соединение ванадия, циркония и водорода устроены схоже с недавно открытыми сверхпроводниками на базе водорода и тяжелых металлов. Аналоги подобных веществ помогут создать первый сверхпроводник, который проводил бы ток без потерь при комнатной температуре, пишет пресс-служба Национальной лаборатории в Оак-Ридж (ORNL). Статью с описанием работы ученых опубликовал научный журнал Proceedings of the National Academy of Sciences.

"Открытие материала, проводящего ток без потерь при комнатной температуре и давлении, было главным святым Граалем физики на протяжении многих десятилетий. Мы надеемся на то, что гидрид ванадия и циркония, недорогой и стабильный материал, можно будет приспособить для создания вещества с подобными характеристиками", - рассказал один из авторов работы, профессор Иллинойсского университета в Чикаго Расселл Хемли.

За последние годы химики и физики создали несколько новых типов сверхпроводников, работающих при очень высоких температурах. К примеру, три года назад российские и немецкие исследователи выяснили, что к их числу относится обычный сероводород, сжатый до нескольких миллионов атмосфер. Для самых удачных версий этого соединения она приближается к отметке в –70 °C, что сопоставимо с температурами в Антарктике.

Год назад профессор Сколтеха Артем Оганов и его коллеги обнаружили, что к числу подобных высокотемпературных сверхпроводников относятся соединения водорода и некоторых тяжелых элементов с особой структурой электронных оболочек. К их числу относятся уран, актиний, лантан, иттрий, натрий и некоторые другие металлы.

"Самые перспективные сверхпроводники, такие как декагидрид лантана (LaH₁₀), начинают проводить электричество без потерь уже при –13 °C, однако для этого их нужно сжать до полутора миллионов атмосфер, что не позволяет встраивать его в электронику и электросети", - пояснил Хемли.

"Бытовая" сверхпроводимость

Хемли и его коллеги пытались решить эту проблему, изучая структуру хорошо изученных гидридов - соединений водорода и металлов - при помощи установки VISION, вырабатывающей пучки нейтронов. Наблюдая за тем, как эти частицы отскакивали от атомов водорода и металлов, ученые определяли то, как устроены гидриды изнутри и как плотно были упакованы атомы водорода внутри них.

Когда европейские и американские экспериментаторы начали изучать структуру одного из таких веществ - гидрида циркония и ванадия (ZrV₂H_x), они столкнулись с результатами замеров, не совпадавшими с предсказаниями физиков-теоретиков.

Собранные ими данные указали на то, что среднее расстояние между атомами водорода в данном соединении было в полтора раза меньше так называемого предела Свитендика, минимальной дистанции между атомами, допускаемой теорией для соединений водорода и металлов. Этот предел раньше считался одной из причин, по которой водород начинает вести себя как металл только при сверхвысоких давлениях.

Нарушение этого принципа расположения атомов говорит о том, что водород внутри этого вещества находится примерно в таком же состоянии, как и внутри сверхпроводящих соединений водорода и лантана, а также других тяжелых элементов, сжатых до сверхвысоких давлений. Аномально небольшое расстояние между атомами водорода внутри гидрида ванадия и циркония наблюдалось как при температурах, близких к абсолютному нулю, так и в комнатных условиях.

Эта особенность ZrV₂H_x, как отмечают ученые, не только позволяет надеяться на создание сверхпроводников, проводящих ток без потерь при комнатной температуре и давлении, но и даст физикам уникальную возможность напрямую проверить и опровергнуть заявления о "холодном ядерном синтезе", который происходит, как заявляют его сторонники, при сверхвысоких давлениях и концентрациях атомов водорода.