Незвичайні гідриди олова при високому тиску можуть перетворитися на високотемпеолог ні надпровідники.
Надпровідність - стан, при якому у провідника пропадає електричний опір, - дуже корисна властивість, оскільки струм по такому провіднику тече без втрат енергії. Але у звичайних металів надпровідність виникає при дуже низьких температурах, близьких до абсолютного нуля (-273 ° C), а такі температури важко реалізовувати на практиці. Тим не менш, надпровідники використовують у різних пристроях, наприклад, у прискорювачах і обладнанні для магнітно-резонансної томографії. Наприклад, надпровідні магніти прискорювача Великого адронного колайдера працюють при температурі близько -271 ° C.
Вже не одне десятиліття наукові групи в багатьох країнах світу зайняті пошуком речовин, які здатні проявляти надпровідні властивості при більш високих температурах, хоча б на кілька десятків градусів вище абсолютного нуля. Деякі відомі на сьогоднішній день високотемпеолог ні надпровідники працюють при температурах від 40 до 138 К (від -233 до -135 ° C).
Поки ще фізикам не вдалося повністю розібратися в тому, від чого залежить високотемпceна надпровідність. Один з напрямків пошуку - дослідження речовин під величезним тиском, в сотні гігапаскаль, що в мільйони разів більше звичного атмосферного тиску. У цих умовах властивості речовин принципово змінюються і багато з них стають надпровідниками (кисень, бор, сірка та ін.). А, наприклад, метал натрій навпаки стає прозорим діелектриком. Відбувається це через сильне зміщення атомів під тиском, при якому перекриваються їхні електронні оболонки. Але ще більш важливо те, що сполуки, які «заборонені» хімією при нормальному тиску, стають стабільними.
Однак для такого пошуку традиційний хімічний синтез нових речовин з подальшим експериментальним дослідженням практично нереалізуємо. Занадто багато варіантів хімічних сполук необхідно отримати і досліджувати в екстремальних умовах. Єдиний вихід - попередньо змоделювати необхідну молекулярну і кристалічну структуру речовини за його хімічним складом.
Але на цьому шляху стоїть інша проблема, що полягає в тому, що число варіантів розташування атомів у кристалі дуже велике. Наприклад, якщо в комірці кристала десять атомів, то у них буде близько 100 мільярдів варіантів розташування. Щоб їх все прорахувати, знадобляться сотні років роботи найшвидшого суперкомп'ютера. А для розрахунків усіх конфігурацій двадцяти атомів не вистачить віку Всесвіту.
Цю проблему кілька років тому вирішив Артем Оганов, який зараз представляє «Сколтех». Разом з колегами він розробив метод «еволюційної кристалографії», що дозволяє по хімічному складу речовини вирахувати саму стійку його структуру в різних фізичних умовах. Алгоритм USPEX (Universal Structure Predictor: Evolutionary Xtallography - універсальний провісник структур на основі еволюційної кристалографії), став справжнім проривом на шляху прогнозування нових матеріалів із заздалегідь заданими властивостями.
Використовуючи метод еволюційної кристалографії, міжнародний колектив за участю фізиків зі Сколтеха і МФТІ провів комп'ютерне моделювання гідридів олова і з'ясував, які з них володіють високотемпáною надпровідністю при високому тиску. Результати роботи опубліковані в журналі Scientific Reports.
Дослідження спиралося на факт, що традиційний гідрид олова SnH4 під тиском 200 Гпа стає надпровідником при температурі - 221 ° C. Використовуючи USPEX, фізики зробили розрахунок «незвичайних» гідридів олова і зробили висновок, що з'єднання SnH8, SnH12, SnH14 стабільні при тисках понад 220 Гпа і володіють надпровідними властивостями при температурах в районі -170... -190 ° C.
Відкриті сполуки вкрай цікаві з точки зору хімії, так як мають важкоз'ясовні хімічні формули і групи з трьох і чотирьох атомів водню.
За матеріалами прес-служби Сколтеха