Ученые превратили скандий в высокотемпературный сверхпроводник

Сверхпроводники обладают нулевым электрическим сопротивлением, позволяя передавать ток без потерь. Они могли бы совершить революцию в технологиях, особенно в электронике, однако, чтобы превратить материал в сверхпроводник, обычно требуются сверхнизкие критические температуры. Так что «высокотемпературными» сверхпроводники называют довольно условно. Обычно к ним относят материалы, сохраняющие эти свойства при температурах выше жидкого азота (около минус 196 градусов Цельсия).

Иногда этого удается добиться варьированием других условий — например, за счет экстремального давления. Такие особенности недавно обнаружили у скандия. Приложив высокое давление, физики выяснили, что он демонстрирует нулевое сопротивление при самых высоких температурах, которые когда-либо были отмечены у сверхпроводников, состоящих из одного чистого химического элемента. Подобные эксперименты независимо друг от друга провели две команды китайских ученых, статьи которых представлены в библиотеке препринтов arXiv (1, 2).

«Твердые тела из одного элемента — это одни из простейших и чистейших систем для исследования сверхпроводимости, однако до сих пор их критические температуры находились ниже минус 243 градусов», — сказал Ин Цзяньцзюнь (Jianjun Ying) из Китайского института науки и технологий, одного из тех, где проводили опыты. Вторая команда под руководством Цзинь Чанциня (Changqing Jin) работала в Китайской академии наук.

Обе группы ученых подвергали образцы скандия экстремально высокому давлению, помещая их между кристаллами алмаза и замеряя сопротивление. Команда Цзяньцзюня зарегистрировала сверхпроводимость при 260 гигапаскалях и минус 237 градусах, команда Чанциня — при 283 гигапаскалях и минус 242 градусах Цельсия. Для сравнения: в центре земного ядра давление ненамного больше и достигает 375 гигапаскалей.

Разумеется, такие условия по-прежнему мало совместимы с практическим использованием сверхпроводников в технике. Однако они — особенно тот факт, что образцы составлены из одного-единственного химического элемента — позволяют надеяться, что скандий поможет лучше разобраться с тем, как перестройки кристаллической решетки делают материал сверхпроводящим.