Необычные "жидкие" сверхпроводники на базе сероводорода, открытые российскими физиками в 2015 году, сохраняют сверхпроводящие свойства при рекордно высоких температурах благодаря квантовым эффектам, влияющим на положение атомов водорода между атомами серы, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.
В августе 2015 года в журнале Nature появилась крайне необычная научная статья, опубликованная рядом российских и немецких ученых под руководством Михаила Еремеца и Александра Дроздова, работающих сегодня в Институте химии в Майнце (Германия).
Еремец, Дроздов и их коллеги изучали то, как меняются проводящие свойства различных веществ при сверхвысоких давлениях, превышающих атмосферное в сотни тысяч и миллионы раз. Экспериментируя с сероводородом, основным "виновником" специфического запаха у протухших яиц, ученые обнаружили, что он превращается в сверхпроводник.
Последующие эксперименты и модификации методики сжатия "тухлого" сверхпроводника позволили российско-германским физикам добиться того, что данное вещество оставалось сверхпроводящим даже при очень высоких температурах – в 70 градусов Цельсия ниже нуля. Подобная отметка достижима на Земле "природными" способами – в Антарктиде временами бывают и более низкие температуры.
Ион Эрреа (Ion Errea) из университета страны Басков в Бильбао (Испания) и его коллеги нашли возможную причину того, почему эти "тухлые" сверхпроводники обладают столь удивительными свойствами, изучая то, как ведет себя сероводород и атомы серы и водорода в нем при сжатии до сверхвысоких значений, при помощи суперкомпьютера.
Как показали их расчеты, атомы водорода в сероводородных кристаллах резким образом меняют свое поведение в том случае, когда давление начинает превышать отметку в 72 гигапаскаль, что 710 тысяч раз выше давления атмосферы.
При достижении этой точки положение атомов водорода в кристалле и характер их связи с атомами серы начинают определяться квантово-механическими силами. В таких случаях атомы водорода как бы одновременно соединены с серой прочными ковалентными связями, находясь на небольшом расстоянии от них, а также соединены с другими атомами серы слабыми водородными связями, располагаясь на большой дистанции от них.
В результате этого связи между атомами, как выражаются физики, приобретают так называемый симметричный характер – в такой конфигурации все атомы водорода внутри кристалла сероводорода располагаются точно посередине между атомами серы, а не ближе к "ковалентному" атому, как это происходит в нормальных условиях. Это, как показывают расчеты Эрреа и их сравнение с экспериментальными данными их российско-немецких коллег, скорее всего и является причиной возникновения сверхпроводящих свойств.
Как надеются ученые, их расчеты и дальнейшее изучение "тухлых" сверхпроводников поможет им и другим группам физиков понять, как можно усилить данный эффект и заставить подобные вещества сохранять сверхпроводящие свойства и при более высоких температурах, и в конечном итоге добиться их работы в нормальных условиях.