luckyea77 (luckyea77) wrote,
luckyea77
luckyea77

Categories:

Ученые «Сколтеха» и МФТИ открыли правило для предсказания сверхпроводящих металлических гидридов

16 апреля 2020 года стало известно о том, что исследователи Сколтеха и МФТИ и их коллеги открыли правило, облегчающее поиск высокотемпературных сверхпроводников. Ученым удалось установить связь между положением элемента в Периодической таблице и его способностью к образованию высокотемпературного сверхпроводящего гидрида. Результаты исследования, поддержанного Российским научным фондом, представлены в статье в журнале Current Opinion in Solid State & Materials Science.



Как сообщалось, сверхпроводящие материалы обладают нулевым сопротивлением и способны передавать электричество без потерь. Эти свойства представляют огромный интерес с точки зрения практического использования сверхпроводников в электронике и энергосетях. Сверхпроводящие магниты уже широко применяются и в аппаратах МРТ, работающих в обычных больницах, и в ускорителях частиц, таких как Большой адронный коллайдер в ЦЕРНе.

На апрель 2020 года существует два способа достижения сверхпроводимости, причем оба требуют обеспечения предельных условий: либо очень низких температур, либо очень высокого давления. В первом случае требуется охлаждение до 100 К (приблизительно –173 градуса по Цельсию) или еще ниже. Результаты исследований показывают, что у металлического водорода сверхпроводимость может проявляться и при температуре, близкой к комнатной, но для этого необходимо обеспечить давление на пределе технических возможностей — более 4 миллионов атмосфер.

Именно поэтому взгляды ученых на апрель 2020 года устремлены в сторону гидридов — соединений водорода с другим химическим элементом: эти соединения могут переходить в сверхпроводящее состояние при относительно высоких температурах и относительно низких давлениях. Действующим рекордсменом по температуре перехода является декагидрид лантана, LaH10. В 2019 году было показано, что это соединение становится сверхпроводящим при температуре –23 оС и давлении 1,7 миллиона атмосфер. Такой уровень давления вряд ли даст возможность практических применений, но тем не менее результаты, полученные в ходе исследований гидридов-сверхпроводников, имеют важное значение для других классов сверхпроводников, работающих при нормальных давлении и температуре.

Аспирант Сколтеха Дмитрий Семенок, профессор Сколтеха и МФТИ Артём Оганов и их коллеги открыли правило, позволяющее предсказывать максимальную критическую температуру перехода в сверхпроводящее состояние (maxTC) для гидрида металла исходя только из электронной структуры атомов металла. Это открытие существенно облегчает задачу поиска сверхпроводящих гидридов.

Поначалу связь между сверхпроводимостью и Периодической таблицей казалась нам чем-то загадочным. Мы и на апрель 2020 года не до конца понимаем ее природу, но полагаем, что она обусловлена тем, что электронная структура элементов на границе между элементами s и p или s и d (они располагаются между 2-й и 3-й группами таблицы) особенно чувствительна к искажениям кристаллической решетки, что способствует сильному электрон-фононному взаимодействию, которое и лежит в основе сверхпроводимости гидридов.

рассказал Артём Оганов, профессор Сколтеха и МФТИ


Ученые не только выявили важную качественную закономерность, но и провели обучение нейронной сети для предсказания значения maxTC для соединений, по которым отсутствуют экспериментальные или теоретические данные. Для некоторых элементов в ранее опубликованных данных наблюдались аномалии. Исследователи решили проверить эти данные, используя для этой цели алгоритм USPEX, разработанный профессором Огановым и его учениками и позволяющий предсказывать термодинамически стабильные гидриды этих элементов.

В отношении элементов, у которых, согласно опубликованным данным, наблюдались слишком низкие или слишком высокие (по условиям правила) значения maxTc, мы провели систематический поиск стабильных гидридов и в результате не только подтвердили справедливость правила, но и получили целый ряд гидридов таких элементов, как магний (Mg), стронций (Sr), барий (Ba), цезий (Cs) и рубидий (Rb). В частности, было установлено, что у гексагидрида стронция SrH6 значение maxTC составляет 189 К (–84 оC) при давлении 100 ГПа, а у теоретического супергидрида бария BaH12 оно может достигать 214 K (–59 оC).

рассказал Александр Квашнин, один из авторов работы, старший научный сотрудник Сколтеха и преподаватель МФТИ


В 2019 году Артём Оганов и его коллеги из России, США и Китая синтезировали супергидрид церия CeH9, обладающий сверхпроводимостью при температуре 100–110 К и (относительно) низком давлении — 120 ГПа. Еще один сверхпроводник, открытый исследовательской группой в составе Дмитрия Семенка, Ивана Трояна, Александра Квашнина, Артёма Оганова и их коллег, — гидрид тория ThH10, имеющий высокую критическую температуру 161 К.

Имея в арсенале правило и нейронную сеть, мы можем сосредоточить наши усилия на поиске более сложных и перспективных соединений, обладающих сверхпроводимостью при комнатной температуре. Это тройные супергидриды, состоящие из двух элементов и водорода. Нам уже удалось предсказать несколько гидридов, которые вполне могут конкурировать с LaH10 и даже превосходить его.

рассказал Дмитрий Семенок, первый автор работы


В работе также участвовали сотрудники Всероссийского научно-исследовательского института автоматики имени Н. Л. Духова и Научно-исследовательского вычислительного центра МГУ имени М. В. Ломоносова.

Источник

Tags: сверхпроводимость, технологии
Subscribe

Posts from This Journal “сверхпроводимость” Tag

promo luckyea77 june 19, 23:05 10
Buy for 10 tokens
Часть 1 Часть 2 Часть 3 Часть 4 Часть 5 Март 2018 года Индустриализация стала основным инструментом достижения экономического богатства стран, начиная с появления прядильных машин в конце XVIII века; при смене технологических укладов менялись местами мировые промышленные лидеры. Какой…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 3 comments