Российские ученые нашли общий принцип, позволяющий предсказывать наличие сверхпроводящей фазы гидридов элементов, используя лишь их положение в таблице Менделеева. Также они смогли продемонстрировать высокотемпературную сверхпроводимость гидридов актиния. Результаты исследования сотрудников Сколковского института науки и технологий, Московского физико-технического института, Всероссийского научно-исследовательского института автоматики им. Н.Л. Духова и Северо-западного политехнического университета (Сиань, КНР) опубликованы в журнале The Journal of Physical Chemistry Letters.

Высокотемпературной называется сверхпроводимость, которая наступает при температуре выше температуры жидкого азота (—196 °C). Это удивительное свойство интересует физиков, химиков и материаловедов уже несколько десятилетий, так как сверхпроводящие материалы, работающие при комнатной температуре, открывают огромные возможности для электроэнергетики, транспорта и многих других технологий. На сегодняшний день рекорд критической температуры сверхпроводимости принадлежит веществу H3S: при давлении 1,5 миллиона атмосфер оно становится сверхпроводником при температурах до —70 °C.

Такие давления можно воспроизвести в лаборатории, но невозможно использовать в реальной жизни, да и температура еще далека от комнатной, поэтому поиски продолжаются. Возможно, соединения металлов и водорода — гидриды — могут показывать даже еще более высокотемпературную сверхпроводимость. Но само явление до сих пор не до конца объяснено, и ученые были вынуждены пользоваться методом проб и ошибок.

Группа химиков под руководством профессора Сколтеха и МФТИ Артема Оганова обнаружила закономерность в том, как способные к образованию соединений-сверхпроводников элементы располагаются в таблице Менделеева. Оказалось, что высокотемпературная сверхпроводимость возникает у веществ, в состав которых входят атомы металлов, которые близки к заселению новой электронной подоболочки.

Максимальные температуры сверхпроводникового перехода для гидритов различных элементов. Skolkovo Institute of Science and Technology

В этом случае атом в кристалле будет очень чувствителен к положению окружающих атомов, а это создаст сильное электрон-фононное взаимодействие, то есть связь свойств электронов и колебаний кристаллической решетки, кванты которых называются фононами. Именно этот эффект лежит в основе традиционной сверхпроводимости. Основываясь на этом предположении, ученые предсказали высокотемпературную сверхпроводимость у гидридов актиния. Проверка подтвердила это предположение: для AcH₁₆ сверхпроводимость предсказана при температурах вплоть до —22 °C при давлении в 1,5 миллиона атмосфер.

«Сама идея связи сверхпроводимости с таблицей Менделеева принадлежит студенту моей сколтеховской лаборатории Дмитрию Семенку, — рассказывает Артем Оганов. — Найденный им принцип настолько простой, что удивительно, что никто не заметил его раньше».