«Кристаллическая структура соединений урана». Дизайнер @Lion_on_helium, пресс-служба МФТИ
Ученые из России, Китая и США предсказали и экспериментально обнаружили новые гидриды урана, а также предсказали для некоторых из них сверхпроводимость. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.
Явление сверхпроводимости было открыто группой голландского физика Камерлинг-Оннеса в 1911 году. Оно проявляется в полном исчезновении электрического сопротивления при понижении температуры и приводит к вытеснению магнитного поля из материала. Изначально сверхпроводимость была обнаружена только в некоторых простых металлах, таких, как алюминий и ртуть, при температурах всего на несколько градусов выше абсолютного нуля (-273 °C). Большой интерес для ученых представляют так называемые «высокотемпературные сверхпроводники», которые могут похвастаться сверхпроводимостью при более «человеческих» температурах. Самые высокотемпературные на данный момент сверхпроводники, используемые в электронике, работают при температуре -183 °C (а рекорд высокотемпературной сверхпроводимости, державшийся с 1993 года, равен -138 °C), то есть их требуется постоянно охлаждать. В 2015 году был поставлен новый рекорд высокотемпературной сверхпроводимости, при температуре -70 °C, для экзотического гидрида серы (H3S), но для этого требуется создание давления в 1,5 миллиона атмосфер.
Группа теоретиков под руководством профессора Сколтеха и МФТИ Артёма Оганова предсказала, что при гораздо более низких давлениях, начиная с 50 тысяч атмосфер, возникают 14 новых гидридов урана (до сих пор известен был только один, UH3), в том числе богатых водородом (например, UH7 , UH8), для которых ученые также предсказали сверхпроводимость. Многие из этих соединений были затем получены в экспериментах группы профессора Александра Гончарова из Института Карнеги в Вашингтоне (США) и Института физики твердого тела Китайской академии наук (Китай). Cогласно расчетам, самым высокотемпературным сверхпроводником оказался UH7, он будет проявлять это удивительное свойство при -219°C, и это значение можно увеличить легированием материала.
«После открытия H3S ученые ринулись проверять на сверхпроводимость гидриды других неметаллов — селена, фосфора и т.д. Наши работы показали, что гидриды металлов не менее перспективны», — говорит Иван Круглов, первый автор исследования, научный сотрудник лаборатории компьютерного дизайна материалов МФТИ.
«В полученных нами результатах наиболее примечательны два момента. Во-первых, невероятно богатая химия гидридов урана под давлением — большая часть которых не вписывается в правила классической химии. А во-вторых, возможность их получения и сверхпроводимость при совсем небольших давлениях, возможно, вплоть до атмосферного», — рассказывает Артём Оганов.
