Сверхпроводники представляют собой вещества, способные проводить электрический ток без какого-либо сопротивления. Эти материалы имеют потенциал для революционных изменений в энергетике, транспортной отрасли и вычислительных технологиях.
Практическое применение сверхпроводников имеет одно ограничение: большинство этих материалов функционирует только при температурах, близких к абсолютному нулю. Тем не менее, ученые из Института Макса Планка в Майнце нашли способ разобраться в механизмах сверхпроводимости в материалах, содержащих водород, которые могут сохранять свои свойства при значительно более высоких температурах.
Открытие сверхпроводимости в соединениях, богатых водородом, стало знаковым событием в физике. Сероводород под давлением становится сверхпроводником уже при минус 70 градусах Цельсия, а декагидрид лантана — всего при минус 23 градусах. Эти значения значительно выше, чем у классических сверхпроводников, и даже превышают температуру кипения жидкого азота. Такие материалы приближают ученых к давней цели — достижению сверхпроводимости при комнатной температуре.
Важную роль в понимании сверхпроводимости играет так называемая сверхпроводящая щель — энергетический барьер, который демонстрирует, как электроны образуют пары и переходят в особое квантовое состояние. Без измерения этой щели невозможно полностью объяснить, почему материал становится сверхпроводником.
Тем не менее, проблема измерения щели заключается в том, что водородсодержащие сверхпроводники существуют только под огромным давлением, которое превышает атмосферное более чем в миллион раз. В таких экстремальных условиях стандартные методы исследования не работают, и именно поэтому ученым до сих пор не удавалось измерить сверхпроводящую щель в этих материалах.
Немецкие физики разработали новый метод туннельной спектроскопии, который может функционировать при очень высоких давлениях. В результате им 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 удастся выявить в других гидридных сверхпроводниках ключевые факторы, обеспечивающие сверхпроводимость при еще более высоких температурах, — делится надеждой первый автор исследования Фэн Ду. — В конечном итоге это должно привести к созданию новых материалов, которые будут функционировать в более практичных, приближенных к естественным условиям».
