В США создали «комнатный» сверхпроводник на базе лютеция, азота и водорода

Американские физики выяснили, что созданное ими соединение лютеция, азота и водорода сохраняет сверхпроводящие свойства при температуре в 20 градусов Цельсия в том случае, если оно сжато до 10 тыс. атмосфер. Первые результаты экспериментов с этим прототипом "комнатного" сверхпроводника были опубликованы в статье в журнале Nature.

"Мы получили первые свидетельства того, что гидрид лантана со следовыми количествами азота сохраняет сверхпроводящие свойства при температуре в 20 градусов Цельсия и давлении в 10 тыс. атмосфер. Это позволяет считать его одним из первых и самых перспективных кандидатов на роль "комнатных" сверхпроводников, проводящих ток при комнатных температурах и низких давлениях", - пишут исследователи.

За последние годы химики и физики создали несколько новых разновидностей сверхпроводников, работающих при очень высоких температурах. Ключевой особенностью этих материалов является то, что они содержат в себе большое число атомов водорода, а также других элементов, таких как сера, и различные формы редкоземельных элементов из ряда лантанидов.

В частности, российским и американским физикам и химикам удалось создать сразу несколько высокотемпературных сверхпроводников на базе лантана, урана, актиния и ряда других тяжелых металлов, которые проводят ток без потерь при температурах в несколько десятков градусов Цельсия ниже нуля. При этом самое громкое из подобных открытий было сделано три года назад группой американских физиков под руководством Ранга Диаса, доцента Рочестерского университета (США) при изучении материалов, содержащих в себе не два, а три разных элемента.

Новый кандидат на роль "комнатного" сверхпроводника

В октябре 2020 года они опубликовали научную статью, в которой они заявили, что им удалось создать первый "комнатный" сверхпроводник на базе соединения, состоящего из атомов серы, водорода и углерода. Добавление углерода, как тогда заявляли ученые, позволило созданному ими материалу оставаться сверхпроводником при температуре в 15 градусов Цельсия. Впоследствии статья была отозвана из печати из-за претензий со стороны сообщества, однако при этом другим физикам удалось повторить часть результатов опытов Диаса и его коллег.

Исследователи учли претензии коллег при разработке еще одного кандидата на роль "комнатного сверхпроводника", который также состоит из атомов трех различных химических элементов - водорода, азота и лютеция, одного из редкоземельных металлов из ряда лантана. Ученые предположили, что добавление азота в сверхпроводник на базе гидрида лютеция увеличит число носителей заряда в этом материале и потенциально повысит температуру, при которой он сохраняет стабильность.

Руководствуясь этими соображениями, исследователи подготовили гидрид лютеция и сжали его в азотной атмосфере до сверхвысоких давлений. К удивлению физиков, эта процедура привела к формированию материала с пока неизвестной кристаллической структурой, который проводит ток с нулевыми потерями даже при температуре в 20 градусов Цельсия и давлении в 10 тыс. атмосфер. Это является очень низким значением для высокотемпературных сверхпроводников на базе водорода.

Последующие опыты показали, что данный материал часто меняет структуру, а также теряет или приобретает сверхпроводящие свойства повышении или понижении давления. Это осложняет изучение его структуры, из-за чего пока ученые не уверены, как много атомов водорода, лютеция и азота содержат кристаллы этого сверхпроводника и как они распределены в пространстве. Последующие замеры при помощи пучков нейтронов, как надеются Диас и его коллеги, дадут ответ на этот вопрос и подтвердят сверхпроводящие свойства созданного ими материала.