Сверхпроводимость — свойство некоторых электропроводящих материалов приобретать нулевое электрическое сопротивление при достижении ими критических температур — как физическое явление известно давно. После открытия в 1986 году явления высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП) открылись уникальные перспективы использования ВТСП-материалов в самых различных областях. Подробно об этом мы писали в нашем материале ««СуперОкс»: Сверхпроводник в будущее».  

Существует научное предположение, что чистый водород при сжатии до чрезвычайно высоких давлений становится металлом, обладающим сверхпроводимостью при комнатной температуре. В 2017 году ученым из Гарвардского университета после многолетних безуспешных экспериментов наконец удалось получить (Dias, Silvera, 2017) стабильный металлический водород. Но для этого пришлось создать в лабораторных условиях сверхвысокое давление в 495 ГПа — это почти в 5 млн раз выше атмосферного и примерно соответствует расчетному давлению в центре Земли. 

Для создания такого давления использовались так называемые алмазные наковальни — устройства, в которых образец вещества зажимается между заостренными и специальным образом обработанными концами пары искусственных алмазов. Пока водород удалось получить в очень малых количествах и при крайне низких температурах (5,5 К). К тому же получение металлического водорода требует огромных затрат энергии. Поэтому ученые постоянно пытаются синтезировать смеси на основе водорода, более доступные для получения и обладающие свойствами сверхпроводников при более высоких температурах. До последнего времени рекордсменом по высокотемпературности среди таких составов была смесь на основе соединения водорода и серы (Grant, 2015), которая при сжатии в алмазных наковальнях начинала демонстрировать сверхпроводящие свойства при температуре 203 К (около –70°C).

Недавно появились два сообщения об открытии еще более высокотемпературных сверхпроводящих водородных смесей. Группа физиков из Университета Джорджа Вашингтона в Вашингтоне (США) (Somayazulu et al., 2018) обнаружили ВТСП-эффект у соединения лантана и водорода типа LaH10. Электрическое сопротивление данного соединения резко упало при температуре всего 260 К (–13°C, это температура холодного зимнего дня) и давлении, превышающем атмосферное в 2 млн раз. Некоторые образцы даже показали признаки сверхпроводимости при более высоких температурах, до 280 К (около 7°C).

Другая группа ученых из Института химии Макса планка в Майнце (Германия) (Drozdov et al., 2018) обнаружила доказательство сверхпроводимости соединения лантана и водорода при давлении в 1,5 млн раз выше атмосферного. В этом случае переход свойств произошел при температуре 215 К (–58°C).

Невозможно однозначно сказать, относятся ли эти результаты к одному и тому же соединению, или две группы ученых изучали близкие, но все же различные материалы. Ученым из Университета Джорджа Вашингтона удалось провести рентгеноструктурные исследования нового вещества, которые показали, что в изученном соединении типа LaH10 на 10 атомов водорода (на рисунке — розовые) приходится один атом лантана (зеленые).

Требование постоянных сверхвысоких давлений делает весьма сомнительной возможность практического применения подобных материалов в настоящее время, но каждый шаг в изучении природы сверхпроводимости приближает ученых к тому моменту, когда будут созданы сверхпроводники, работающие при комнатных температурах.

Источники:
1. Ranga P. Dias, Isaac F. Silvera. Observation of the Wigner-Huntington transition to metallic hydrogen // Science.  26 Jan 2017. DOI: 10.1126/science.aal1579.
2. Andrew Grant. Year in review: Big stride for superconductivity // ScienceNews. 15 Dec 2015/
3. Maddury Somayazulu et al. Evidence for superconductivity above 260 K in lanthanum superhydride at megabar pressures // 2018. arXiv:1808.07695.
4. A. P. Drozdov et al. Superconductivity at 215 K in lanthanum hydride at high pressures // 2018. arXiv:1808.07039

Владислав Стрекопытов