Группа ученых под руководством профессора Сколтеха Артема Оганова изучила структуру и свойства тройных гидридов лантана и иттрия. В ходе работы выяснилось, что включение в состав двойного гидрида дополнительного элемента позволяет добиться стабилизации кристаллической структуры, которая не может существовать в бинарных соединениях. Результаты исследования опубликованы в журнале Materials Today.
Долгое время рекорд высокотемпературной сверхпроводимости удерживали соединения меди – купраты, но в 2014 году все поменялось, когда предсказали необычное соединение состава H3S, для которого была предсказана высокотемпературная сверхпроводимость при температуре 191-204 градусов Кельвина. Действительно, в том же году этот гидрид серы был получен экспериментально и была доказана его рекордная сверхпроводимость.
Вслед за этим многие лаборатории высоких давлений занялись и другими соединениями, аномально богатыми водородом – супергидридами. Были найдены еще более высокотемпературные сверхпроводники: LaH10 (при давлении 2 млн атмосфер сверхпроводимость в нем наблюдается при 250 -260 K) и предсказан гидрид близкого к лантану иттрия – YH10. Но YH10 оказался нестабильным и синтезировать его в чистом виде до настоящего момента никому не удалось. Возможность дальнейшего повышения критической температуры двойных гидридов на этом исчерпалась, и химики стали работать над тройными гидридами. Это направление сейчас является наиболее перспективным в области гидридной сверхпроводимости. Так, в 2020 году, после более чем 100 лет поисков и исследований, был синтезирован первый комнатный сверхпроводник (тройной гидрид серы и углерода) с критической температурой + 15 градусов Цельсия.
В новой работе ученые из Сколтеха, Института Кристаллографии РАН и центра «Высокотемпературной сверхпроводимости и квантовых материалов» им. В.Л. Гинзбурга изучили тройные гидриды лантана и иттрия, с разным соотношением этих элементов.
«Лантан и иттрий похожи, а их гидриды отличаются. YH6 существует, а LaH6 нет, а для LaH10 и YH10 все наоборот: LaH10 существует, а YH10 – нет. Мы обнаружили, что введением второго элемента можно стабилизировать обе эти структуры. Например, при введении 30 процентов иттрия становится стабильным LaH6, и его критическая температура сверхпроводимости несколько выше, чем у YH6», – рассказывает Артем Оганов.
Другим результатом исследования является выяснение общих особенностей сверхпроводимости тройных гидридов. «Мы поняли, что при переходе к тройным и четверным гидридам их структуры становятся все менее и менее упорядоченными, а ширина сверхпроводящего перехода существенно увеличивается. Такие соединения требуют более длительного и интенсивного лазерного нагрева, чем бинарные гидриды», - говорит первый автор статьи, аспирант Сколтеха Дмитрий Семенок.
По мнению ученых, исследование тройных гидридов – это хорошая стратегия для стабилизации нестабильных соединений и для усиления их сверхпроводящих свойств.
*****
Сколтех – негосударственный международный университет. Созданный в 2011 году в сотрудничестве с Массачусетским технологическим институтом (MIT), Сколтех готовит новое поколение лидеров в области науки, технологий и бизнеса, проводит исследования в прорывных областях и содействует технологическим инновациям с целью решения важнейших проблем, стоящих перед Россией и миром. Сколтех развивает шесть приоритетов: наука о данных и искусственный интеллект, науки о жизни и здоровье, современные методы проектирования и перспективные материалы, энергоэффективность, фотоника и квантовые технологии, перспективные исследования. Усилия Сколтеха призваны способствовать укреплению технологического превосходства России в приоритетных направлениях.
