При воздействии сверхвысокого давления кристалл, образованный из метана и гидрида серы, демонстрировал сверхпроводимость при температуре, превышающей ноль градусов Цельсия.
Ученые из Рочестерского университета, расположенного в штате Нью-Йорк, США, достигли сверхпроводимости в твердом теле при температуре 15 градусов Цельсия. Подробности этого открытия описаны в статье опубликована в Nature.
Ранее считалось, что материалы способны проводить электрический ток без сопротивления только при экстремально низких температурах, приближающихся к абсолютному нулю. Тем не менее, начиная с 1980-х годов, исследования выявили соединения, проявляющие сверхпроводимость при более высоких температурах, достигающих минус 109 градусов Цельсия.
Существует альтернативный метод достижения сверхпроводимости в материалах — применение экстремального давления. Под воздействием давления, превышающего один миллион атмосфер, многие вещества, главным образом гидриды различных элементов, проявляют сверхпроводимость при температурах до минус 23 градусов Цельсия. Даже слабую сверхпроводимость физики наблюдали при минус 13 градусах.
Теперь достигнут новый этап — сверхпроводимость при комнатной температуре. Физики во главе с Ранги Диаса подтвердили наличие сверхпроводимости в кристалле, содержащем сероводород H 2S и метана СH4 при температуре 287,7 Кельвина (около 15 градусов выше нуля по Цельсию).
Ученые выбрали углеродистый гидрид серы в качестве объекта исследования, так как известно, что при экстремально высоком давлении метан и сероводород способны образовывать стабильные соединения с водородом. В ходе экспериментов, проведенных Диасом и его командой, давление на кристалл достигало свыше 2,6 миллиона атмосфер.
Фотохимическая реакция, инициированная светом, позволила получить материал, необходимый для эксперимента. Даже при низком давлении молекулы метана и сероводорода формировали цепочки, благодаря силам Ван-дер-Ваальса, действующим между атомами. При последующем сжатии эти цепочки организовались в структуры типа «хозяин — гость», содержащие гидридные матрицы и водородные включения. Достижение давления в миллионы атмосфер приводило к трансформации этих структур в единую кристаллическую матрицу.
Сверхпроводимость кристалла была исследована с использованием ячейки с алмазной наковальней, обеспечивающей фиксацию образца в зазоре между двумя алмазами. Состав и структуру определяли с помощью рентгенографии и рамановской спектроскопии, а критические параметры сверхпроводимости измеряли, анализируя изменения магнитной восприимчивости и электромагнитного сопротивления образца.
Сверхпроводящие свойства углеродистого гидрида серы проявляются в диапазоне давлений от 1,4 до 2,8 миллиона атмосфер. В сверхпроводящем кристалле оптимальным считается соотношение водорода, углерода и серы, равное 1:1:1.
Авторы исследования полагают, что изменение состава тройных гидридов в процессе разработки сверхпроводников может привести к увеличению критической температуры. Тем не менее, в настоящий момент приоритетной задачей является уменьшение давления, необходимого для проявления сверхпроводимости при комнатной температуре.
Ранее ученые оценили шансы человека пережить попадание в кротовую нору и обнаружили увеличивающуюся «вмятину» в магнитном поле Земли