В поисках высокотемпературных сверхпроводников ученые исследовали тройные гидриды лантана и иттрия

Ученые из Сколтеха, Института кристаллографии РАН и «Центра высокотемпературной сверхпроводимости и квантовых материалов» им. В. Л. Гинзбурга под руководством профессора Сколтеха Артëма Оганова изучили структуру и свойства тройных гидридов лантана и иттрия и обнаружили, что включение в состав двойного гидрида дополнительного элемента позволяет добиться стабилизации кристаллической структуры, которая не может существовать в бинарных соединениях, сообщает пресс-служба Сколтеха.

Долгое время рекорд высокотемпературной сверхпроводимости удерживали соединения меди — купраты, но в 2014 году всë поменялось, когда предсказали необычное соединение состава H₃S, для которого была предсказана высокотемпературная сверхпроводимость при температуре 191–204 кельвина. Действительно, в том же году вещество было получено экспериментально и была доказана его рекордная сверхпроводимость.

Вслед за этим многие лаборатории высоких давлений занялись и другими соединениями, аномально богатыми водородом — супергидридами. Были найдены еще более высокотемпературные сверхпроводники: LaH₁₀ (при давлении 2 млн атмосфер сверхпроводимость в нем наблюдается при 250–260 K) и предсказан гидрид иттрия — YH₁₀. Но YH₁₀ оказался нестабильным, и синтезировать его в чистом виде до настоящего момента никому не удалось. Возможность дальнейшего повышения критической температуры двойных гидридов на этом исчерпалась, и химики стали работать над тройными гидридами. В 2020 году был синтезирован первый комнатный сверхпроводник (тройной гидрид серы и углерода) с критической температурой 15 °C.

В новой работе были исследованы тройные гидриды лантана и иттрия, с разным соотношением этих элементов. «Лантан и иттрий похожи, а их гидриды отличаются. YH₆ существует, а LaH₆ нет, а для LaH₁₀ и YH₁₀ всë наоборот: LaH₁₀ существует, а YH₁₀ — нет. Мы обнаружили, что введением второго элемента можно стабилизировать обе эти структуры. Например, при введении 30 % иттрия становится стабильным LaH₆ и его критическая температура сверхпроводимости несколько выше, чем у YH₆», — рассказывает Артëм Оганов.

Другим результатом исследования является выяснение общих особенностей сверхпроводимости тройных гидридов. «Мы поняли, что при переходе к тройным и четверным гидридам их структуры становятся всë менее и менее упорядоченными, а ширина сверхпроводящего перехода существенно увеличивается. Такие соединения требуют более длительного и интенсивного лазерного нагрева, чем бинарные гидриды», — говорит первый автор статьи, аспирант Сколтеха Дмитрий Семенок. По мнению ученых, исследование тройных гидридов — это хорошая стратегия для стабилизации нестабильных соединений и для усиления их сверхпроводящих свойств.

Результаты исследования опубликованы в журнале Materials Today.