Сверхпроводимость: проблема с водородом

Ученые раскрывают механизмы работы высокотемпературных сверхпроводников.

Прошлым летом была объявлена ​​новая эра высокотемпературной сверхпроводимости - никелевая эра. Было обнаружено, что существуют перспективные сверхпроводники в специальном классе материалов, так называемые никелаты, которые могут проводить электрический ток без какого-либо сопротивления даже при высоких температурах.

Поиск высокотемпературных сверхпроводников

Однако вскоре стало очевидно, что эти впечатляющие результаты Стэнфорда не могут быть воспроизведены другими исследовательскими группами. В настоящее время TU Wien (Вена) нашла причину этого: в некоторых никелатах в структуру материала включены дополнительные атомы водорода. Это полностью меняет электрическое поведение материала. При изготовлении новых сверхпроводников этот эффект теперь необходимо учитывать.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Некоторые материалы являются сверхпроводящими только вблизи абсолютного нуля температуры - такие сверхпроводники не подходят для технических применений. Поэтому на протяжении десятилетий люди искали материалы, которые остаются сверхпроводящими даже при более высоких температурах. В 1980-х годах были открыты «высокотемпературные сверхпроводники». Однако то, что называется «высокими температурами» в этом контексте, все еще очень холодные: даже высокотемпературные сверхпроводники должны сильно охлаждаться, чтобы получить их сверхпроводящие свойства. Поэтому поиск новых сверхпроводников при еще более высоких температурах продолжается.

«В течение долгого времени особое внимание уделялось так называемым купратам, то есть соединениям, содержащим медь. Вот почему мы также говорим о медном веке», - объясняет профессор Карстен Хельд из Института физики твердого тела в Университете Туена. «С этими купратами был достигнут некоторый важный прогресс, хотя сегодня в теории высокотемпературной сверхпроводимости остается много открытых вопросов».

Но в течение некоторого времени другие возможности также рассматривались. Уже существовал так называемый «железный век» на основе железосодержащих сверхпроводников. Летом 2019 года исследовательской группе  Гарольда Хуанга из Стэнфорда удалось продемонстрировать высокотемпературную сверхпроводимость никелатов. «Исходя из наших расчетов, мы уже предлагали никелаты в качестве сверхпроводников 10 лет назад, но они несколько отличались от тех, которые были обнаружены в настоящее время. Они относятся к купратам, но содержат атомы никеля вместо атомов меди», - говорит Карстен Хелд.

Однако после некоторого первоначального энтузиазма в последние месяцы стало очевидно, что никелевые сверхпроводники сложнее производить, чем первоначально предполагалось. Другие исследовательские группы сообщили, что их никелаты не обладают сверхпроводящими свойствами. Это очевидное противоречие было разъяснено в TU Wien.

«Мы проанализировали никелаты с помощью суперкомпьютеров и обнаружили, что они чрезвычайно восприимчивы к воздействию водорода», - сообщает Лян Си (TU Vienna). При синтезе некоторых никелатов могут быть включены атомы водорода, что полностью меняет электронные свойства материала. «Однако этого не происходит со всеми никелатами, - говорит Лян Си. - Наши расчеты показывают, что для большинства из них энергетически выгоднее включать водород, но не для никелатов из Стэнфорда. Даже небольшие изменения в условиях синтеза может иметь значение. " В прошлую пятницу группа NUS Singapore могла сообщить, что им также удалось произвести сверхпроводящие никелаты. Они позволяют водороду, который выделяется в процессе производства, немедленно уйти.

В TU Wien разрабатываются и используются новые компьютерные методы расчета для понимания и прогнозирования свойств никелатов. «Поскольку большое количество квантово-физических частиц всегда играют здесь роль в одно и то же время, вычисления чрезвычайно сложны, - говорит Лян Си, - но, комбинируя различные методы, мы теперь даже можем оценить критическую температуру до что различные материалы являются сверхпроводящими. Такие надежные расчеты не были возможны раньше ". В частности, команда из TU Wien смогла рассчитать допустимый диапазон концентрации стронция, для которого никелаты являются сверхпроводящими - и этот прогноз теперь подтвердился в эксперимент.

«Высокотемпературная сверхпроводимость - чрезвычайно сложная и трудная область исследований», - говорит Карстен Хелд. «Новые никелевые сверхпроводники вместе с нашим теоретическим пониманием и предсказательной силой компьютерных вычислений открывают совершенно новый взгляд на великую мечту физики твердого тела: сверхпроводник при температуре окружающей среды опубликовано econet.ru по материалам phys.org

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet