Инженеры из Университета Рочестера представили новый материал — легированный азотом гидрид лютеция. Он проявляет сверхпроводящие свойства при температуре 20,5 °С и давлении в 10 кбар. Разработка открывает широкий спектр для практического применения таких материалов: от сокращения потерь на электростанциях до маглевов и эффективной электроники.
В большинстве случаев для возникновения сверхпроводимости — свойства, при котором материал обладает нулевым сопротивлением — требуются температуры близкие к абсолютному нулю и экстремально высокое давление. Исследователи уже использовали гидриды, созданные путем объединения редкоземельных металлов с водородом, в качестве высокотемпературных сверхпроводников. Но для их работы также требовалось давление в несколько Мбар, которое затрудняет практическое применение материалов.
Гидриды редкоземельных металлов образуют каркасные структуры, в которых ионы редкоземельных металлов действуют как доноры-носители, обеспечивая достаточное количество электронов, которые усиливают диссоциацию молекул водорода. Азот и углерод помогают стабилизировать материалы, объясняют ученые. В своем исследовании они использовали в качестве основы лютеций.
Исследователи создали газовую смесь из 99% водорода и 1% азота и поместили ее в реакционную камеру с чистым образцом лютеция. В результате реакции, которая продолжалась в течение нескольких дней при температуре 200 °С, исследователи получили порошок голубоватого света. После этого материал сжали в ячейке с алмазной наковальней.
Переход легированного азотом гидрида лютеция в сверхпроводящее состояние под давлением. Изображение: Ranga P. Dias, Universityt of Rochester
По мере изменения давления исследователи открыли два возможных состояния материала: от сверхпроводящего «розового» при относительно небольшом давлении до ярко-красного несверхпроводящего металлического состояния. При этом эксперименты показали, что для индукции сверхпроводимости при нормальной температуре было достаточно давления в 10 кбар.
Хотя такое давление существенно больше атмосферного, технологии, которые применяются, например, в производстве микросхем, используют и более высокое давление. Это открывает возможности для практического применения сверхпроводников в различных сферах.
Путь к сверхпроводящей бытовой электронике, линиям передачи энергии, транспорту и значительным улучшениям магнитного удержания для термоядерного синтеза теперь стал реальностью. Мы считаем, что сейчас мы находимся в современной эре сверхпроводимости.
Ранга Диаса, доцент кафедры машиностроения и физики Университета Рочестера и руководитель исследования
