Практическое применение сверхпроводников ограничивает лишь одно обстоятельство: большинство таких материалов работают только при температурах, близких к абсолютному нулю. Однако ученые из Института Макса Планка в Майнце нашли способ понять, как работает сверхпроводимость в водородсодержащих материалах, которые могут сохранять свои свойства при гораздо более высоких температурах.
Открытие сверхпроводимости в богатых водородом соединениях стало переломным моментом в физике. Сероводород под давлением становится сверхпроводником уже при минус 70 градусах Цельсия, а декагидрид лантана — всего при минус 23 градусах. Это значительно выше, чем у классических сверхпроводников, и даже превышает температуру кипения жидкого азота. Такие материалы приближают ученых к давней мечте — достижению сверхпроводимости при комнатной температуре.
Ключевую роль в понимании сверхпроводимости играет так называемая сверхпроводящая щель — энергетический зазор, который показывает, как электроны объединяются в пары и переходят в особое квантовое состояние. Без измерения этой щели невозможно полностью объяснить, почему материал становится сверхпроводником.
Однако проблема такого измерения заключается в том, что водородсодержащие сверхпроводники существуют только при колоссальном давлении, которое превышает атмосферное более чем в миллион раз. В настолько экстремальных условиях стандартные методы исследования попросту не работают, именно поэтому ученым до сих пор не удавалось измерить сверхпроводящую щель в таких материалах.
Немецкие физики разработали новый метод туннельной спектроскопии, способный функционировать при сверхвысоких давлениях. Благодаря этому специалистам впервые удалось напрямую измерить сверхпроводящую щель в сероводороде — она составила около 60 миллиэлектронвольт. Для сравнения, в дейтерированном аналоге щель оказалась меньше — около 44 миллиэлектронвольт. Это различие подтверждает, что сверхпроводимость в таких материалах обусловлена взаимодействием электронов с колебаниями атомной решетки.
«Мы надеемся, что с помощью нашего метода можно будет выявить в других гидридных сверхпроводниках ключевые факторы, обеспечивающие сверхпроводимость при еще более высоких температурах, — говорит первый автор исследования Фэн Ду. — В конечном счете это должно привести к созданию новых материалов, которые будут работать в более практичных, приближенных к естественным условиях».
Эта работа стала продолжением дела Михаила Еремца, ведущего специалиста в области сверхпроводимости под высоким давлением, ушедшего из жизни в ноябре 2024 года. Благодаря упорной работе коллег Михаила, его мечта о сверхпроводниках, работающих при комнатной температуре, становится все ближе к реальности.
Ранее физики открыли принципиально новое состояние материи.