Эксперты подтвердили сверхпроводимость обычного сероводорода

Михаил Еремец, Александр Дроздов и их коллеги из Института химии общества Макса Планка (Майнц, Германия) обнаружили рекордную  высокотемпературную сверхпроводимость у сероводорода. Вещество, сжатое высоким давлением, переходит в сверхпроводящее состояние при температуре –70°C (203 кельвина). Работа опубликована в журнале Nature, кратко с историей исследования можно ознакомиться в обзоре работы.

Авторы опубликованной работы продемонстрировали, что при температуре 203 кельвина и давлении 1,5 миллиона атмосфер происходит переход сероводорода в сверхпроводящее состояние. Это удалось подтвердить по двум основным признакам — резкому падению электрического сопротивления и появлению эффекта Мейснера. Последний заключается в выталкивании сверхпроводников из магнитного поля (именно на этом эффекте работает левитирующий ховерборд, недавно представленный компанией Lexus).

Препринт работы был опубликован еще в декабре прошлого года. Он вызвал оживленный интерес научного сообщества — сероводород, сильно отличающийся по своим свойствам от традиционных высокотемпературных сверхпроводников (керамик на основе оксидов и пниктидов металлов), оказался обладателем рекордной критической температуры перехода в сверхпроводящее состояние, пусть и под высоким давлением. Перед публикацией статьи в Nature результат проверили четыре независимые группы экспериментаторов — три в Китае и одна в США.

Крайне интересным фактом оказалось то, что наблюдаемый эффект можно объяснить в рамках теории Бардина-Купера-Шрифера, используемой для низкотемпературной сверхпроводимости, если внести в нее несколько модификаций. Эта теория объясняет механизм возникновения пар электронов (куперовских пар) под действием колебаний кристаллической решетки материала. Первый из электронов притягивает к себе положительно заряженный атом в узле решетки, и вызывает колебание, передающееся на большое (по меркам атомов) расстояние. Это колебание в какой-то момент «толкает» второй электрон. Так две частицы оказываются связаны между собой. Именно куперовские пары обеспечивают протекание электрического тока без потерь. Раньше считалось, что эта теория пригодна лишь для материалов, температура перехода которых не превосходит нескольких десятков кельвинов. 

На данный момент существуют новые предсказания, основанные на сверхпроводимости сероводорода. Так, например, согласно работе Чжана (Даллас) и Югуй Яо из Пекинского технологического института, при замене в сероводороде 7,5 процентов атомов серы на фосфор и повышении давления до 2,5 миллионов атмосфер удастся достигнуть сверхпроводимости при +7°C. Эта отметка близка к достижению важной цели — созданию комнатно-температурного сверхпроводника.

До открытия сверхпроводимости у сероводорода материалом-рекордсменом был один из купратов (слоистых соединений на основе оксида меди), открытый в 1993 году Сергеем Путилиным и Евгением Антиповым на Химическом факультете МГУ им. М.В. Ломоносова. При обычном давлении HgBa₂Ca₂Cu₃O_8+x  обладает температурой перехода в сверхпроводящее состояние около 133 кельвинов (–140 °C), а при повышенном давлении — 164 кельвина (–109 °C).