Кристаллическая структура ThH10 . Источник: Dmitry V. Semenok et al., Materials Today
Ученые под руководством профессора Сколтеха и МФТИ Артёма Оганова и Ивана Трояна из Института кристаллографии РАН смогли синтезировать новый сверхпроводящий материал — декагидрид тория (ThH10) — с очень высокой критической температурой (161 К). Исследование поддержано грантом Российского научного фонда. Результаты исследования опубликованы в журнале Materials Today.
Cверхпроводимость — удивительное свойство квантовых материалов, приводящее к полной потере электрического сопротивления в определенных, порой весьма суровых условиях. Такие материалы очень интересны для электроники, так как могут найти применение в квантовых компьютерах и высокочувствительных детекторах. Однако есть большая сложность: проявляется это явление обычно при весьма низких температурах или крайне высоких давлениях. До недавнего времени рекорд удерживал ртутьсодержащий купрат с температурой сверхпроводимости 135 К (–138°С). Рекорд этого года равен –13°С (декагидрид лантана, LaH10), что очень близко к комнатной температуре, но достигается это при очень высоких давлениях в почти 2 миллиона атмосфер, что затрудняет практическое использование этого вещества. Важно найти сверхпроводимость при температуре и давлении, близких к комнатным.
В 2018 году в лаборатории профессора Сколтеха и МФТИ Артёма Оганова сотрудником Александром Квашниным было сделано предсказание нового вещества, полигидрида тория ThH10, с критической температурой –32°С при давлении в 1 миллион атмосфер.
В новом исследовании ученым из Института кристаллографии РАН, Сколтеха, МФТИ и Физического института им. П. Н. Лебедева (ФИАН) удалось получить это вещество и исследовать его транспортные свойства и сверхпроводимость. В согласии с теоретическим предсказанием, было обнаружено, что ThH10 существует при давлениях выше 0,85 миллиона атмосфер и является выдающимся высокотемпературным сверхпроводником. Критическую температуру удалось определить при давлении в 1,7 миллиона атмосфер, она оказалась равной –112°С, что совпадает с теоретическим предсказанием для этого давления и уже сейчас ставит ThH10 в ряд рекордных высокотемпературных сверхпроводников.
«Современная теория и, в частности, разработанный мной и моими учениками метод USPEX в очередной раз показывает удивительную предсказательную мощь. Предсказанное вещество, ThH10, не вписывающееся в рамки классической химии и обладающее, согласно теории, уникальными свойствами, подтверждено теперь и экспериментом. Причем качество экспериментальных данных, полученных в лаборатории Ивана Трояна, весьма высокое», — рассказывает соруководитель исследования, профессор Сколтеха и МФТИ Артём Оганов.
«Мы увидели предсказанную теорией сверхпроводимость при –112°С и 1,7 миллиона атмосфер. Учитывая замечательное согласие теории и эксперимента, интересно узнать, вырастет ли при изменении давления сверхпроводимость этого вещества до предсказанных –30–40°С», ‒ отмечает соруководитель исследования, доктор физико-математических наук Иван Троян.
«Гидрид тория — это лишь отдельное звено большого, динамично развивающегося класса гидридных сверхпроводников. Я считаю, что в ближайшие годы гидридная сверхпроводимость покинет криогенную область и перейдет в плоскость конструирования электронных устройств на их основе», — подчеркнул автор исследования, аспирант Сколтеха Дмитрий Семенок.
