Случайно открыты новые свойства урана
Ученые из России, Китая и США предсказали и экспериментально обнаружили новые гидриды урана, а также предсказали для некоторых из них сверхпроводимость, сообщает пресс-служба Сколковского института науки и технологий. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.
«Это было, в общем-то, случайное открытие, — рассказал “Стимулу” руководитель исследования, профессор Сколтеха и МФТИ Артем Оганов. — Наши коллеги химики попросили нас получше понять систему уран–водород. И оказалось, что она очень химически богата. Мы обнаружили, что даже при небольших давлениях возникают интересные новые соединения, очень богатые водородом. И как только мы это поняли, сразу зародилось предположение, что можно ожидать здесь высокотемпературную сверхпроводимость».
Явление сверхпроводимости было открыто группой голландского физика Хейке Камерлинг-Оннеса в 1911 году. Оно проявляется в полном исчезновении электрического сопротивления при понижении температуры и приводит к вытеснению магнитного поля из материала. Первоначально сверхпроводимость была обнаружена только в некоторых простых металлах, таких как алюминий и ртуть, при температурах всего на несколько градусов выше абсолютного нуля (−273 °C). Большой интерес для ученых представляют так называемые высокотемпературные сверхпроводники, которые могут похвастаться сверхпроводимостью при более умеренных температурах. Самые высокотемпературные на данный момент сверхпроводники, используемые в электронике, работают при температуре −183 °C (а рекорд высокотемпературной сверхпроводимости, державшийся с 1993 года, равен −138 °C), то есть их требуется постоянно охлаждать. В 2015 году был поставлен новый рекорд высокотемпературной сверхпроводимости, при температуре −70 °C, для экзотического гидрида серы (H3S), но для этого требуется создание давления в 1,5 млн атмосфер.
Группа теоретиков под руководством Артема Оганова предсказала, что при гораздо более низких давлениях, начиная с 50 тыс. атмосфер, возникают 14 новых гидридов урана (до сих пор известен был только один, UH3), в том числе богатых водородом (например, UH7, UH8), для которых ученые также предсказали сверхпроводимость. Многие из этих соединений были затем получены в экспериментах группы профессора Александра Гончарова из Института Карнеги в Вашингтоне (США) и Института физики твердого тела Китайской академии наук. Согласно расчетам, самым высокотемпературным сверхпроводником оказался UH7, он будет проявлять это удивительное свойство при −219 °C, и это значение можно увеличить легированием материала.
По словам авторов исследования, в полученных результатах наиболее примечательны два момента. Во-первых, невероятно богатая химия гидридов урана под давлением, большая часть которых не вписывается в правила классической химии. А во-вторых, возможность добиться сверхпроводимости при совсем небольших давлениях, возможно, вплоть до атмосферного.
«Если давление снизить до какого-то приемлемого значения, уже можно будет синтезировать материал в больших количествах. И еще очень важно: чем ниже давление синтеза, тем выше шанс, что вещество сохранится при нормальных условиях и сохранит свои сверхпроводящие свойства, когда вы давление снимете», — пояснил Артем Оганов.
Сколковский институт науки и технологий (Сколтех) — негосударственное научно-образовательное учреждение. Созданный в 2011 году при участии Массачусетского технологического института, институт готовит новые поколения исследователей и предпринимателей, развивает научные знания и содействует технологическим инновациям с целью решения важнейших проблем, стоящих перед Россией и миром в новом тысячелетии. Сколтех строит свою работу, опираясь на опыт лучших российских и международных образовательных и исследовательских институтов. При этом особый акцент делается на преподавание навыков предпринимательской и инновационной деятельности.