Ученые раскрыли тайну сверхпроводимости под экстремальным давлением

Исследователи из Института химии Макса Планка впервые измерили ключевой параметр сверхпроводящих материалов на основе водорода — сверхпроводящую щель. Это открытие приближает создание сверхпроводников, работающих при комнатной температуре.

Прорывной эксперимент показал, почему водородосодержащие сверхпроводники работают так хорошо. Источник: Shutterstock

Сверхпроводники, способные передавать электрический ток без потерь, обычно работают лишь при экстремально низких температурах. Прорывом стало открытие сверхпроводимости в таких богатых водородом материалах, как сероводород (H₃S) при -70°C и декагидриде лантана (LaH10) при -23°C. Однако изучить их механизм было невозможно из-за необходимости создавать давление, в миллионы раз превышающее атмосферное.

Новая методика планарной туннельной спектроскопии, разработанная в Майнце, позволила впервые измерить сверхпроводящую щель в H₃S. Этот параметр показывает, как электроны объединяются в пары Купера, что и приводит к исчезновению сопротивления.

Измерения показали, что у H₃S щель составляет около 60 миллиэлектронвольт (мэВ), а у его дейтериевого аналога D₃S — около 44 мэВ. Эта разница подтвердила, что сверхпроводимость в этих материалах обусловлена взаимодействием электронов с колебаниями кристаллической решетки (фононами), что соответствовало теоретическим предсказаниям.

«Мы надеемся, что, применяя эту туннельную технику к другим гидридным сверхпроводникам, мы сможем определить ключевые факторы, позволяющие достичь сверхпроводимости при еще более высоких температурах», — заявил ведущий автор исследования доктор Фэн Ду.

Покойный доктор Михаил Еремец, пионер в области высокотемпературной сверхпроводимости под давлением, назвал эту работу важнейшей со времени открытия сверхпроводимости в H₃S в 2015 году. По словам руководителя проекта Василия Минькова, это исследование приближает реализацию видения Еремца о сверхпроводниках, работающих при комнатной температуре и умеренном давлении.

Работа опубликована в журнале Nature.