Все новости

Место в таблице Менделеева связали с умением образовывать "комнатные" сверхпроводники

Благодаря этому ученые смогут лучше "предсказывать" существование высокотемпературных сверхпроводников

ТАСС, 16 апреля. Российские физики выявили ранее неизвестный принцип, который связывает сверхпроводящие свойства соединений водорода и металлов c местом последних в периодической таблице Менделеева. Его открытие приблизит создание материала, который смог бы сохранять подобные свойства при комнатных температурах, пишет пресс-служба МФТИ со ссылкой на статью в научном журнале Current Opinion in Solid State & Materials Science.

"Имея в арсенале новое правило и нейронную сеть, мы можем сосредоточить наши усилия на поиске 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", – рассказал о работе один из ее авторов, аспирант Сколковского института науки и технологий Дмитрий Семенок.

За последние годы химики и физики создали несколько новых типов сверхпроводников, которые работают при очень высоких температурах. Так, четыре 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 °С, что сопоставимо с температурами в Антарктике.

Открытие подобных соединений потребовало нового теоретического объяснения того, как эти материалы проводят ток без измеримых потерь. Дело в том, что, согласно классической теории сверхпроводимости, которую сформулировали еще в середине прошлого века, они просто не должны существовать.

Два года назад профессор Сколтеха Артем Оганов и его коллеги, просчитывая свойства различных соединений водорода и тяжелых металлов при помощи алгоритма USPEX, обнаружили, что подобные свойства характерны для соединений водорода и некоторых тяжелых элементов с особой структурой электронных оболочек. К их числу относятся уран, актиний, лантан, иттрий и некоторые другие металлы.

Сверхпроводящая таблица Менделеева

Позже американские и российские химики синтезировали одно из таких соединений – гидрид лантана (LaH10). Оно действительно оказалось очень интересным высокотемпературным сверхпроводником: свои свойства соединение сохраняло даже при –23 °С. Но при этом ему нужно было давление в почти два миллиона атмосфер.

Открыв несколько подобных соединений водорода, ученые задумались о том, существуют ли закономерности, которые связывали бы сверхпроводящие свойства тех или иных гидридов металлов и их положение в периодической таблице Менделеева. Просчитав поведение соединений водорода и большого числа металлов при помощи USPEX, профессор Оганов и его команда выяснили, что это действительно так.

"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, расположенных на границе между 2-й и 3-й группами периодической таблицы, особенно чувствительна к искажениям кристаллической решетки. Это способствует сильному электрон-фононному взаимодействию, которое и лежит в основе сверхпроводимости гидридов", – пояснил Оганов.

Опираясь на эту идею, Оганов и Семенок с коллегами создали систему машинного обучения, которая может предсказывать температуру перехода в сверхпроводящее состояние, опираясь на положение металла в периодической таблице. Благодаря этому подходу ученые не только предсказали существование нескольких ранее неизвестных сверхпроводящих гидридов, но и объяснили ряд аномалий, которые были открыты в ходе прошлых экспериментов.

В частности, российские физики обнаружили, что интересными сверхпроводящими свойствами будут обладать гексагидрид стронция (SrH6) и супергидрид бария (BaH12). Оба вещества становятся сверхпроводниками при высоких температурах, –84 и –60 °С, и относительно низких давлениях, которые превышают атмосферное в миллион раз.

В ближайшее время физики планируют изучить соединения сразу двух металлов и водорода, свойства которых, как предсказывает новый алгоритм, должны быть значительно более интересными, чем у простых гидридов различных элементов, которые находятся внутри "острова сверхпроводимости" в таблице Менделеева.