Новый материал облегчит поиск "комнатных" сверхпроводников

Учёные из Цзилиньского университета, Центра передовых исследований в области науки и технологий высокого давления (Китай) и Сколковского института науки и технологий синтезировали полигидрид лантана-церия — вещество, которое может упростить дальнейшие исследования сверхпроводников. С точки зрения необходимого охлаждения и сжатия новый полигидрид представляет собой компромисс между аналогичными соединениями двух этих металлов по отдельности, и на нём легче ставить эксперименты. Конечная цель — найти материал, который будет проводить электрический ток без сопротивления при комнатной температуре и атмосферном давлении. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Один из больших нерешённых вопросов современной физики — существует ли материал, который проводит электрический ток без сопротивления при обычном давлении и температуре? Такой сверхпроводник мог бы лечь в основу сверхбыстрых микрочипов, линий электропередачи без потерь энергии и мощных электромагнитов для поездов на магнитном подвесе, а может, и реакторов управляемого термоядерного синтеза.

В поиске «комнатного» сверхпроводника учёные исследуют несколько классов материалов, постепенно добиваясь, чтобы они были устойчивы при более низких давлениях и работали при более высоких температурах. Одна из таких групп материалов — полигидриды, вещества с очень высоким содержанием водорода. К ней относится текущий рекордсмен по высокотемпературной сверхпроводимости — полигидрид лантана LaH10 с критической температурой −23°C. Но есть подвох: он нестабилен при давлении меньше 1,5 млн атмосфер. И наоборот: лучший результат среди веществ класса купратов принадлежит сверхпроводнику, который вовсе не требует сжатия. Зато он требует охлаждения до −140°C.

Учёным из Сколтеха и их китайским коллегам удалось ослабить требования к сжатию высокотемпературных полигидридных сверхпроводников. В частности, коллектив исследовал поведение системы «лантан — водород» при добавлении некоторого количества церия (до 30%). Для этого сплав лантана и церия помещали в ячейку с алмазными наковальнями и нагревали в присутствии аминоборана: алмазы обеспечивали необходимое давление, а аминоборан разлагался с выделением большого количества водорода, который и реагировал со сплавом. Результат — новый сверхпроводящий полигидрид.

Лантан и церий — родственные элементы, атомы которых образуют похожие соединения и зачастую могут подменять друг друга. Но если говорить именно о сверхпроводниках, то таковыми являются LaH10 и CeH10, а также CeH9, а вот фаза LaH9 почти не наблюдается в экспериментах. Авторы новой статьи в Nature Communications решили проверить гипотезу: неустойчивую фазу, в частности LaH9, можно стабилизировать правильно подобранной примесью (в данном случае — церием), при условии что будет иметь место перестройка структуры исходного материала. Ровно так и получилось.

Один из авторов исследования, профессор Сколтеха Артём Оганов, объясняет:

«Под очень высоким давлением водород заполняет пустоты в кристаллической решётке чистого лантана с образованием супергидрида LaH10. Но если заменить примерно четверть атомов лантана на церий, то структура меняется и принимает вид, знакомый нам по гексагональному кристаллу CeH9. Таким образом, введение третьего элемента вызвало перестройку по сравнению с чистым полигидридом лантана, и это действительно стабилизировало систему: если LaH10 устойчив при 1,5 млн атмосфер, то нашему полигидриду достаточно давления 1 млн атмосфер, примерно как полигидридам церия, только они являются сверхпроводниками лишь при −140°C, а нашему веществу хватает охлаждения до −97°C. То есть это неплохой компромисс, а главное — подтверждение того, что логика наших рассуждений верна и мы движемся в правильном направлении».

Учёный придаёт большое значение проверке и уточнению правил для направленного и систематического поиска новых сверхпроводников, поскольку работает в области, в которой не так давно многие сомневались, что так называемая конвенциональная сверхпроводимость, в том числе в полигидридах, вообще может существовать при температурах выше порядка −230°C. Однако уже взята планка на 200 градусов выше. Сами по себе полигидриды, по мнению Оганова, едва ли выйдут за пределы физики высоких давлений, а именно устойчивость при атмосферном давлении является необходимым условием для масштабных применений в поездах, линиях электропередачи и т. п. Но их изучение позволяет лучше понять принципы, следование которым приведёт нас к «комнатной» сверхпроводимости на базе других веществ.

«Полигидриды — настоящее эльдорадо для фундаментальных исследований сверхпроводников под давлением, — добавляет Оганов. — И в своей работе мы, с одной стороны, проверяем и совершенствуем приёмы и инструменты, необходимые для поиска сверхпроводников в широком смысле. С другой стороны, мы нашли сравнительно неприхотливый материал для дальнейших исследований».

Соавтор научной статьи, выпускник аспирантуры Сколтеха Дмитрий Семенок, добавляет:

«Наша работа интересна, помимо прочего, следующими экспериментальными наблюдениями. Некоторые образцы гидридов лантана-церия демонстрируют отрицательный температурный коэффициент электрического сопротивления в нормальном состоянии. Кроме того, критическая температура в этих сверхпроводниках зависит от направления магнитного поля, а значит, вопреки тому, что задействованы разные механизмы сверхпроводимости, эти гидриды оказываются весьма близки к купратам, в которых появление участка с отрицательным температурным коэффициентом электросопротивления является обычным явлением».

Наконец, на вопрос о других перспективных для исследования полигидридах учёные отвечают, что на данный момент наибольший интерес представляют полигидриды кальция, иттрия, лантана и магния.

Создана мембрана для быстрого извлечения лития из соленых озер
Химики из Китая разработали мембрану на базе нитрида углерода, которая активно пропускает через себя ионы лития и препятствует движению других похожих на него атомов. Ее использование позволит извлекать литий из воды соленых озер, сообщила пресс-служба штаб-квартиры Китайской академии наук (КАН). "Совершенный нами прорыв при разработке этих мембран открывает новые перспективы для разрабо...
"Московская техническая школа" открыла три курса по направлению "Технологии связи"
«Московская техническая школа» («МТШ») совместно с Национальным исследовательским университетом «Московский энергетический институт» (НИУ «МЭИ») разработал три новые программы в рамках направления «Технологии связи». Об этом сообщил министр Правительства Москвы, руководитель городского Департамента инвестиционной и промышленной политики В...
Учёные СФУ рассказали о "ветряных" прогнозах в крае
В преддверии Всемирного дня ветра, который отмечают 15 июня, учёные СФУ рассказывают о «ветряных» прогнозах и возможностях ветрогенерации в крае. Согласно исследованиям, скорость ветра в Красноярском крае меняется, а Таймырский район наиболее подходит для строительства ветряков. Группа исследователей Политехнического института и Института экологии и географии СФУ изучила возможность...
В НИУ "МЭИ" разработали быстровозводимые электрические сети
 НИУ «МЭИ» совместно с ООО «Кабельный завод «ЭКСПЕРТ-К​АБЕЛЬ» и Военным учебно-научным центром Сухопутных войск «Общевойсковая академия Вооруженных сил Российской Федерации» разработали быстровозводимые электрические сети (БЭС). БЭС позволяют оперативно в сложных условиях развернуть электроснабжение потребителей небольшой мощности: вахтовые п...
Учёные СФУ предложили метод изготовления "металлического клея" для автомобилей, самолётов и ракет
Учёные Сибирского федерального университета разработали технологию изготовления сварочной проволоки для получения высокопрочного сварного соединения листов из сплава алюминия с магнием более экономичным и выгодным способом — при помощи установки совмещенного литья-прокатки-прессования. Разработанная технология производства проволоки позволит улучшить экономические показатели производства и с...
В МЭИ разработали перчатку для дистанционного сенсорного управления робототехнической системой различного назначения
 ​Ученые НИУ «МЭИ» создали программно-аппаратный комплекс (ПАК) для считывания и передачи сигналов о движении человеческой руки. ПАК предназначен для дистанционного управления движением робототехнической системой различного назначения. Технологии имитационного моделирования и функционирования ПАК реализованы в отечественной среде динамического моделирования SimInTech. Осо...
НИУ "МЭИ" — лучший вуз России в области Энергетики и Электротехники
 Национальный исследовательский университет «МЭИ» занял лидирующую позицию по предметам «Энергетика» и «Электротехника» рейтинга российских вузов «Национальное признание» компании «Univer.EXPERT Академический критик». «Сегодня НИУ «МЭИ» продолжает улучшать ключевые показатели своей деятельности, совершенствует...
Станкостроение: Пензенский кластер плюс Бауманка
Первый в стране станкостроительный кластер «ПензаСтанкоМаш», его ключевое предприятие ООО «СтанкоМашСтрой» и МГТУ им. Н.Э. Баумана объединили усилия в области разработки станков, технологического оборудования и подготовки кадров. Стороны намерены содействовать реализации федерального проекта «Развитие производства средств производства», что позволит увеличить вы...
"Глобальная энергия" представила на ПМЭФ-2024 новый доклад "10 прорывных идей в энергетике на следующие 10 лет"
Ассоциация «Глобальная энергия» представила пятый, юбилейный выпуск научно-делового доклада «10 прорывных идей в энергетике на следующие 10 лет». Презентация прошла 6 июня 2024 г. на сессии «Будущее рынка нефти и газа: перспективы глобального спроса и планы производителей» в рамках 27-го Петербургского международного экономического форума (ПМЭФ-2024). Текст д...
Ученые Пермского Политеха разрабатывают приложение для обнаружения дефектов промышленного оборудования
Промышленные предприятия сталкиваются с необходимостью быстрой и точной диагностики оборудования для предотвращения простоев, аварий и улучшения качества производимой продукции. Например, 70% промышленной электроэнергии приходится на электродвигатели, из них 20% в течение года подвергаются капитальному ремонту. Расходы на него могут составлять 80% от стоимости годового выпуска такого двигателя. По...
Презентация перспективных научно-технических разработок по электроэнергетике прошла в рамках консорциума "Энергетика будущего"
Перспективные отечественные научно-технические разработки для электросетевого комплекса страны были представлены в рамках деятельности научно-образовательного консорциума «Энергетика будущего», созданного по инициативе Российского энергетического агентства Минэнерго России. Доцент кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» Омского государственного технического у...
Разработан новый способ получения водорода из солнечной энергии и сельскохозяйственных отходов
Инженеры Чикагского университета Иллинойса смогли разработать новый метод получения газообразного водорода из воды с использованием только солнечной энергии и сельскохозяйственных отходов, таких как навоз или шелуха. Этот метод позволяет снизить затраты энергии на извлечение водорода из воды на 600%, создавая новые возможности для устойчивого, безвредного для климата химического производства. Т...
Ученые Росатома разработали технологию повторного использования ценных металлов в производстве литийионных аккумуляторов
Решение позволит снизить затраты на промышленное производство электронной техники и повысить безопасность окружающей среды. В рамках выполнения Единого отраслевого тематического плана (ЕОТП) Госкорпорации «Росатом» ученые химико-технологического кластера научного дивизиона (в него входят АО «Гиредмет имени Н. П. Сажина» и АО «ВНИИХТ имени Б. Н. Ласкорина&...
​МЭИ представил автоматическую электролабораторию с дистанционным управлением на Международном салоне "КОМПЛЕКСНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ"
Специалисты НИУ «МЭИ» разработали автоматическую электролабораторию с дистанционным управлением на базе малогабаритного автомобиля. Основным​ назначением лабораторий такого типа является автоматизация поиска мест повреждений высоковольтных кабельных линий. Данная разработка была представлена учеными университета в рамках Международного салона «КОМЛЕКСНАЯ БЕЗОПАСНО...
Электротранспорт и накопление энергии становятся драйверами спроса на цветные металлы
Электромобили и низкоуглеродная энергетика – включая ВИЭ, хранение энергии, производство водорода и строительство линий электропередач – становятся всё более значимыми сегментами рынка цветных металлов. По данным Международного энергетического агентства (МЭА), доля этих отраслей в глобальной структуре спроса на литий выросла с 39% в 2021 г. до 56% в 2023 г., на никель – 9% до 15%...
Ученые Академгородка сконструировали и протестировали первые узлы отечественного низковольтного универсального ускорительного масс-спектрометра
Ученые Новосибирского государственного университета, Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН, Института катализа им. Г.К. Борескова и Института археологии и этнографии СО РАН в составе научной группы Центра коллективного пользования «Ускорительная масс-спектрометрия НГУ-ННЦ» продолжают работу над созданием отечественного низковольтного универсального ускорительного масс-спектр...
Ученые предложили превращать природный газ в водород непосредственно в газовых месторождениях
Ученые разработали подход, позволяющий с эффективностью до 45% получать водород из природного газа прямо в газовых месторождениях. Для этого в скважину нужно подать водяной пар, катализатор и кислород, который воспламенит природный газ. Благодаря катализатору в процессе горения образуется смесь угарного газа и водорода, из которой последний можно легко извлечь. Такая технология поможет ускорить пе...
Ученые Пермского Политеха разработали устройство для эффективной борьбы со льдом на дорогах
Содержанию автомобильных дорог в зимний период уделяется особое внимание, так как высокая скользкость часто приводит к серьезным авариям. Для борьбы с этим явлением перспективно применение тепловыделяющих материалов, которые встраиваются в покрытие. Например, сейчас в качестве нагревательных элементов активно изучаются нанокомпозиты. Но пока нет оптимального способа обустройства такой технологии н...
"Лисий хвост" улучшил свойства нанотрубок для электродов солнечных батарей и сенсорных экранов
Учёные из Сколтеха предложили быстрый и безотходный метод химической обработки плёнок из углеродных нанотрубок, который легко интегрируется в технологию их изготовления и улучшает их свойства, актуальные для производства сенсорных экранов, солнечных батарей и других устройств. Описанные в журнале Carbon эксперименты научной группы показывают, что воздействие газа диоксида азота — &...
НИУ "МЭИ" и Китайская Академия наук подписали Меморандум о взаимопонимании
Национальный исследовательский университет «МЭИ» посетила делегация Института физики плазмы Китайской Академии наук. В рамках визита были обсуждены вопросы о сотрудничестве и подписан Меморандум о взаимопонимании с Институтом физики плазмы Китайской Академии наук. Документ предусматривает взаимную поддержку обмена в сфере высшего образования и научных исследований на взаимовыгодной...