21.03.2015

Рекорд температуры сверхпроводимости побит при участии запаха тухлых яиц

На протяжении почти тридцати лет поиск сверхпроводников, работающих при комнатной температуре, велся в области экзотических материалов — купратов, — которые могут переносить токи без потерь энергии в виде тепла при температурах до -109 градусов по Цельсию. Однако ученые утверждают, что повторили этот рекорд с использованием молекулы сероводорода. Когда они подвергли крошечный образец этого материала давлению, похожему на то, что встречается в ядре Земли, он стал сверхпроводящим при температуре -83 градуса по Цельсию.

«Если результат будет воспроизведен, он будет историческим открытием», — утверждает Роберт Кава, химик твердых тел Принстонского университета.

В соответствии с установленной теорией сверхпроводимости, получившей название теории БКШ в честь создателей, Джона Бардина, Леона Купера и Роберта Шриффера, вибрации в атомах кристалла могут приводить к тому, что электроны будут образовывать «куперовские пары», которые могут течь через кристалл без сопротивления. Теория БКШ была разработана в 1950-х годах, но многие физики считают, что он не может объяснить сверхпроводимость в купратах, которые были открыты в 1986 году, или в пниктидах железа, обнаруженных в 2006 году.

Ученые считают, что теория БКШ может привести к обнаружению других типов сверхпроводников, работающих при высоких температурах, особенно в материалах, содержащих легкие элементы типа водорода. Они создают более частые вибрации, образующие более прочные связи между электронными парами.

Последнее исследование опирается на работу Нила Эшкрофта, физика Корнельского университета в Итаке, штат Нью-Йорк, который изучал сверхпроводящий потенциал водородных соединений. Более конкретно он исследовал недавнее теоретическое предсказание группы китайских физиков, которые предположили, что сульфид водорода должен быть сверхпроводящим при температуре порядка -100 градусов по Цельсию и при давлении в 1,6 миллиона атмосфер. Такое давление сжимает электроны в куперовские пары и делает их более устойчивыми к тепловым флуктуациям.

Михаил Еремец и его коллеги из Института химии Макса Планка в Майнце, Германия, разместили образец сульфида водорода в одну сотую миллиметра в поперечнике между двумя алмазными наковальнями, а затем измеряли электродами, как изменяется электрическое сопротивление материала при охлаждении системы до почти абсолютного нуля. Ученые обнаружили, что при давлении в 1,8 миллиона атмосфер и температуре в -109 градусов по Цельсию сопротивление внезапно упало, а значит произошел переход к сверхпроводимости.

Ученые связывают этот неожиданный показатель критической температуры с тем, что молекулы сульфида водорода содержат относительно большое число атомов водорода. Эти молекулы, говорят ученые, должны оставаться сверхпроводящими при такой температуре.

Также ученые приводят несколько свидетельств того, что видели и более низкую температуру перехода (порядка -183 градусов по Цельсию), когда заменили тяжелый дейтерид серы гидридом серы. Чем тяжелее атомы, тем больше замедляются кристаллические вибрации и тем хуже появляется сверхпроводимость. Работа ученых была опубликована в arXiv.org в начале декабря.

Если результат работы будет подтвержден другими группами, налицо будет существенное повышение критической температуры, необходимой для достижения сверхпроводимости. Текущий рекорд (диборид магния) установлен на отметке -234 градуса по Цельсию. Физики, ознакомившиеся с работой, пишут, что результаты Еремца и его коллег буквально создали ажиотаж в научном сообществе, к тому же претензий к бумажным выводам пока нет.

Александр Гуревич, теоретик Университета Старого Доминиона в Норфолке, соглашается с тем, что результаты будут означать «значительный прорыв в изучении сверхпроводимости», однако весьма осторожен в высказываниях. Он говорит, что авторам еще нужно продемонстрировать так называемый эффект Мейснера, в ходе которого материал «выталкивает» линии магнитного поля по мере охлаждения до сверхпроводящего состояния. Также физик выражает надежду, что другие ученые оперативно воспроизведут опыты исследователей.

Открытие Еремца и его коллег говорит о том, что может быть возможным найти высокие критические температуры в других водородсодержащих веществах вроде фуллеренов или ароматических углеводородов. Их, говорит ученый, можно было бы превратить в сверхпроводники путем смешивания с другими элементами в небольших долях, без применения высокого давления. Кава, однако, предупреждает, что пока слишком рано говорить о возможных областях применения открытия — с другими гидридами все может пойти не так.

Илья Хель

Источники:

1. hi-news.ru