Регистрация / Вход
Прислать материал

Синтез новых высокотемпературных сверхпроводников на основе гидридов при высоких давлениях и исследование их структуры и свойств на базе Европейского центра синхротронного излучения.

Номер контракта: 14.616.21.0047

Руководитель: Троян Иван Александрович

Должность руководителя: ведущий научный сотрудник

Докладчик: Любутин Игорь Савельевич, Заведующий отделом

Организация: Федеральное государственное учреждение "Федеральный научно-исследовательский центр "Кристаллография и фотоника" Российской академии наук"
Организация докладчика: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт кристаллографии им. А.В.Шубникова Российской академии наук

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
высокотемпературная сверхпроводимость, металлический водород, гидриды, комнатная сверхпроводимость, экстремальные условия, высокие давления, новая химия высокоэнергетических (1 эв) материалов, синхротронная мессбауэровская спектроскопия, резонансное ядерное рассеяние синхротронного излучения.

Цель проекта:
1. Основной задачей проекта является поиск сверхпроводимости в гидридах и определение структуры и свойств сверхпроводящих фаз при высоких и сверхвысоких (мультимегабарных) давлениях. 2. Целью проекта является поиск и синтез новых сверхпроводящих материалов с рекордными значениями критической температуры перехода вплоть до комнатной сверхпроводимости.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Предполагается создание комплекса криогенной заправки водорода и газообразных гидридов в камеру высокого давления с алмазными наковальнями. Работа с подобными гидридами сильно осложнена тем, что эти вещества склонны к саморазложению на исходные элементы при температуре 300 К. В рамках проекта планируется создание комплекса криогенной заправки в камеру высокого давления с алмазными наковальнями, для того что бы избежать химического разложения вещества.
2. Планируется подготовка и начало исследований сверхпроводимости в гидридах олова (SnHx) , полученных в процессе прямого синтеза из метала в среде сильно сжатого водорода в камере высокого давления с алмазными наковальнями. Для этих веществ планируется серия синхротронных исследований для определения структуры и ближнего порядка под давлением до 200 ГПа.
3. Совместно с иностранным партнером планируется проведение измерений на образцах гидрида олова, обогащенных изотопом 119-Sn, при высоком давлении в камерах с алмазными наковальнями с помощью синхротронных ядерно-физических методов: Nuclear forward scattering (NFS).
4. Планируется публикация результатов экспериментов в ведущих научных журналах, индексируемых в базе данных «Сеть науки» (Web of Science).

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Практическая значимость высокотемпературных сверхпроводников и возможные области их применения хорошо известны. Полученные в рамках проекта результаты дадут возможность производить и характеризовать сверхпроводящие материалы при высоком давлении, с целью синтеза этих материалов в условиях окружающей среды или создавать их аналоги с выдающимися сверхпроводящими свойствами. Полученные данные о роли фононной системы в формировании высокотемпературной сверхпроводимости в гидридах чрезвычайно важны для выяснения природы сверхпроводимости, и в первую очередь будут востребованы теоретиками. Это необходимо для создания полной и непротиворечивой теории высокотемпературной сверхпроводимости, в свою очередь необходимой для направленного поиска новых сверхпроводящих материалов с высокими значениями критической температуры сверхпроводящего перехода.
2. Предложенные в проекте задачи и методы их решения являются оригинальными и абсолютно новыми. Научный приоритет в их решении закреплён за авторами проекта.
3. Ожидаемые в результате выполнения проекта экспериментальные результаты вызывают значительный интерес в первую очередь среди теоретиков в течении последних 10 лет [1-4].
[1] N.W. Ashcroft. Hydrogen Dominant Metallic Alloys: High Temperature Superconductors? // Phys. Rev. Lett. 2004. 92. 187002.
[2] A.P. Drozdov, M.I. Eremets, I.A. Troyan, V. Ksenofontov, S. I. Shylin. Conventional superconductivity at 203 kelvin at high pressures in the sulfur hydride system // Nature. 2015. 525, 73.
[3] J.S. Tse, Y. Yao, K. Tanaka. Novel superconductivity in metallic SnH4 under high pressure // Phys. Rev. Lett. 2007. 98. 117004.
[4] D. Duan, Y. Liu, F. Tian, D. Li, X. Huang, Z. Zhao, H. Yu, B. Liu, W. Tian, T. Cui. Pressure-induced metallization of dense
(H2S)2H2 with high-Tc superconductivity // Nature: Scientific Reports. 2014. 4. 6968.
4. Исследования при сверхвысоких давлениях порядка 200-300 ГПа и выше чрезвычайно сложны и трудоемки, и помимо сложной аппаратуры требуют большого экспериментального мастерства, в том числе из-за микроскопических размеров образца, и поэтому, до настоящего времени остаются уникальными. Все измерения, связанные с набором статистики, требуют большого времени. Например, измерения рентгеновской дифракции на лабораторных источниках и даже на синхротронных источниках второго поколения принципиально невозможны из-за слабого рассеяния на лёгких элементах. Поэтому использование синхротронных источников излучения на базе синхротронов третьего поколения является ключевым и очень актуальным. Возможность изучать свойств гидридных систем на микро уровне с помощью синхротронных методов NFS – Nuclear Forward Scattering и NRIXS - Nuclear Resonant Inelastic X-ray Scattering - неупругое ядерное резонансное рассеяния гамма-квантов является принципиально важным. Выполнения исследований на базе Европейского центра синхротронного излучения под руководством ведущего ученого-координатора Европейского центра синхротронного излучения (ESRF) даёт возможность иметь доступ к этим современным и высоко-информативным методам исследования.
В нашей работе следует особо отметить комплексный подход к исследованию эффектов при высоких и сверхвысоких давлениях с применением нескольких экспериментальных методик, в том числе и на синхротронных установках, и в сотрудничестве с зарубежными коллегами из Европейского центра синхротронных исследований.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Практическая значимость высокотемпературных сверхпроводников и возможные области их применения хорошо известны. Полученные в рамках проекта результаты дадут возможность производить и характеризовать сверхпроводящие материалы при высоком давлении, с целью синтеза этих материалов в условиях окружающей среды или создавать их аналоги с выдающимися сверхпроводящими свойствами.
Полученные данные о роли фононной системы в формировании высокотемпературной сверхпроводимости в гидридных системах чрезвычайно важны для выяснения природы сверхпроводимости, и в первую очередь будут востребованы теоретиками. Это необходимо для создания полной и непротиворечивой теории высокотемпературной сверхпроводимости, в свою очередь необходимой для направленного поиска новых сверхпроводящих материалов с высокими значениями критической температуры сверхпроводящего перехода. В нашем проекте будут разработаны экспериментальные методы для характеризации новых материалов на основе водорода и других легких элементов, а также для оптимизации их свойств. Могут быть получены новые сверхпроводники, энергетически насыщенные материалы и материалы для хранения водорода для проблем энергетики.

Текущие результаты проекта:
1. Впервые в камерах высокого давления с алмазными наковальнями при давлении 150 ГПа ( 1.5 миллиона атмосфер) измерено упругое ядерное рассеяние на изотопе 119-Sn в магнитном поле 0.7 Т и в температурном диапазоне 5-145 К. Среда передающая давления на образец 119-Sn – сжатый до 150Гпа газообразный водород.
2. Впервые в камерах высокого давления с алмазными наковальнями при давлении выше 170 ГПа ( 1.7 миллиона атмосфер) в среде сильно сжатого водорода обнаружено образование гидрида олова. В среде водород происходит увеличение параметров кристаллической решетки олова из- за насыщения водородом. В среде сильно сжатого гелия – подобного увеличения объёма кристаллической решетки не наблюдается.