Ученые под руководством профессора Сколтеха и МФТИ Артема Оганова и доктора 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.

Кристаллическая структура ThH10 . Источник: Dmi...

Кристаллическая структура ThH10 . Источник: Dmitry V.Semenok et al., 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 оС). Рекорд этого года −13 oС (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 Артема Оганова его сотрудником Александром Квашниным было сделано предсказание нового вещества, полигидрида тория ThH10, с критической температурой −32 oС 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 только при давлении в 1,7 миллиона атмосфер, где она оказалась равной −112 oС, 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 Артем Оганов.

— Мы увидели предсказанную теорией сверхпроводимость при −112 oС и 1,7 миллиона атмосфер. Учитывая замечательное согласие теории и эксперимента, интересно узнать, вырастет ли при более низких давлениях сверхпроводимость этого вещества до предсказанных −30-40 оС, ‒ отметил 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.