Химики из России нашли "остров сверхпроводимости" в таблице Менделеева
Изучение новых сверхпроводников, чье существование было предсказано при помощи компьютера, помогло ученым из "Сколтеха" найти связь между сверхпроводимостью и положением элементов в таблице Менделеева. Их выводы были опубликованы в Journal of Physical Chemistry Letters.
"Сама идея связи сверхпроводимости с таблицей Менделеева принадлежит Дмитрию Семенку, студенту моей сколтеховской лаборатории. Найденный им принцип настолько простой, что удивительно, что никто не заметил его раньше",? рассказывает Артем Оганов, известный российский химик из Сколковского института науки и технологий.
За последние годы физики открыли или создали несколько видов сверхпроводников, способных работать при очень высоких температурах, которая в самых лучших случаях достигает всего минус 70 градусов Цельсия, что уже почти достижимо в природных условиях. К примеру, такие свойства были открыты три года назад российскими и немецкими химиками у обычного сероводорода, сжатого до миллиона атмосфер.
Их появление потребовало нового объяснения того, как таким структурам удается проводить ток без видимых потерь, несмотря на то, что они "нарушают" основы первой теории сверхпроводимости, сформулированной еще в конце 50 годов.
Оганов и его коллеги уже достаточно долгое время изучают свойства новых сверхпроводников, используя алгоритм USPEX, созданный российским химиком для просчета того, как ведут себя различные кристаллы и другие структуры из множества атомов при экстремальных давлениях, температурах и в прочих условиях.
Изучая сверхпроводящие свойства различных сверхпроводящих соединений сверхтяжелых элементов, чье существование было предсказано USPEX, российские химики заметили необычную закономерность.
Оказалось, что высокотемпературная сверхпроводимость характерна для веществ, в состав которых входят атомы тяжелых металлов со строго заданной структурой электронных подоболочек. Под этим словом ученые понимают своеобразный квантовый "этаж", на котором живет большая группа электронов со схожим уровнем энергии.
Атомы с частично заполненными подоболочками, такие как уран, актиний, скандий, иттрий и прочие элементы из второй и третьей группы таблицы Менделеева, как выяснила команда Оганова, очень сильно реагируют на то, как расположены их соседи. В некоторых условиях это создает благоприятные условия для того, чтобы их электроны начинали вести себя как волны и объединялись в сверхпроводящие Куперовские пары.
Руководствуясь этой идеей, ученые просчитали сверхпроводящие свойства соединения актиния и 16 атомов водорода. Как показали этим расчеты, подобное вещество будет оставаться сверхпроводником даже при типично зимних температурах воздуха, около 22 градусов Цельсия ниже нуля, при условии, если его при этом будут сжимать до давлений, близких к полутора миллионам атмосфер.
Еще более интересными свойствами будут обладать соединения водорода с иттрием и лантаном. Они будут оставаться сверхпроводниками при положительных и даже комнатных температурах, что открывает дорогу для создания реальной "электропроводки будущего", если удастся избавиться от необходимости сжимать их до давлений, эквивалентных тому, которое царит в центре Земли.
