Синтез, структурные, электронные свойства новых гидридов и дихалькогенидов, и поиск сверхпроводимости при высоких и сверхвысоких давлениях.

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 19-12-00414

НазваниеСинтез, структурные, электронные свойства новых гидридов и дихалькогенидов, и поиск сверхпроводимости при высоких и сверхвысоких давлениях.

Руководитель Троян Иван Александрович, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" , г Москва

Конкурс №35 - Конкурс 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-206 - Высокие давления

Ключевые слова сверхпроводимость, водород, гидриды, высокие давления, фазовые переходы, переходы диэлектрик-металл, алмазные наковальни.

Код ГРНТИ29.19.29

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Основная задача проекта – поиск и синтез новых сверхпроводящих материалов, в том числе с рекордными значениями параметров вплоть до комнатной сверхпроводимости. Идея поиска высокотемпературных сверхпроводников в гидридах простых веществ была выдвинута N.W. Ashcroft [1], который предположил, что гидриды элементов IVа группы (SiH4, GeH4, SnH4) являются перспективными кандидатами для реализации металлизации твердого водорода при давлениях значительно ниже, чем может быть необходимо для чистого водорода, потому что водород уже подвержен некой форме «химического предварительного сжатия». Предполагается, что эти соединения должны являться высокотемпературными сверхпроводниками по тем же причинам, что и металлический водород – а именно следствии очень высокой температуры Дебая и сильного электрон-фононного взаимодействия. В последние несколько лет появилось множество теоретических работ с предсказанием высоких температур сверхпроводящего перехода в гидридах различных элементов, полученных при высоком давлении. В мегабарном диапазоне давлений возможно появление гидридов с необычной стехиометрией, например, CaH6. [4] или NaH12 [5] для которых предсказано высокие Tc от 80 до 230 К в доступном для экспериментов диапазоне давлений 50 - 300 ГПа. В 2017 и 2018 годах в теоретических работах предсказывается существование при высоких давлениях гидридов со сверхвысоким содержанием водорода, так называемых супергидридов ХНn, где n>5 (MgH6, YH10, LaH10) [6-8]. Появилось первое экспериментальное подтверждение стабильности супергидрида LaH10 [9]. Предсказанные температуры сверхпроводящего перехода могут достигать 280 К. Одновременно исследователи вновь обратили внимание на сверхпроводящие системы пониженной размерности, в частности на дихалькогениды переходных металлов (ДПМ) MX2 (M – переходные металлы IV-VII групп Ti, Nb, Mo, Ta, W, Pd, Pt и X = Se, S, Te), в которых наблюдается сосуществование сверхпроводимости и частичной диэлектризации электронного спектра из-за наличия в ряде этих соединений фазового перехода типа волны зарядовой плотности (ВЗП), предшествующего сверхпроводящему состоянию [10,11]. Кристаллы этих соединений состоят из слоев, каждый из которых представляет собой сэндвич из двух слоев атомов галогенов X со слоем металлических атомов М между ними. Связь атомов металла и галогенов в сэндвиче является сильной (преимущественно ковалентной) и атомы Μ и X в сэндвиче образуют двумерную гексагональную решетку. Между собой слои MX2 соединены в кристалле слабыми ван-дер-ваальсовыми силами. Слабая ван-дер-ваальсова связь между слоями в дихалькогенидах позволяет ввести в пространство между этими слоями примесные атомы или молекулы, что приводит к увеличению расстояния между проводящими слоями и существенному уменьшению перекрытия их волновых электронных функций, в результате анизотропия проводимости может возрастать на несколько порядков [12]. С учётом обнаруженной в 2008 году сверхпроводимости в халькогенидах и пниктидах железа интересным представляется факт, что введение в сверхпроводящие ДПМ примесного железа приводи к некоторому увеличению критической температуры Tc и существенному увеличению анизотропии верхнего критического поля [13]. Недавно появилось несколько новых работ (интерес возобновился), в которых были исследованы структурные, электронные и сверхпроводящие свойства соединений TiSe2 [14], WTe2 [15], TaS2 и TaSe2 [16,17], ReS2 [18], SnSe2 [19] при высоких давлениях до 50 ГПа. Научные сотрудники, объединённые для реализации проекта, являются высококвалифицированными специалистами. Руководитель данного проекта является соавтором: 1) Экспериментов по прямым гальваническим и оптическим измерениям свойств водорода в диапазоне давлений до 300 ГПа (три миллиона атмосфер) [2]. 2) Экспериментальному обнаружению рекордной (Тс =203 К) сверхпроводимости в H2S, сжатом до давления 150 ГПа [3]. Научные исследования, которые будут инициированы в рамках проекта приведут к новым знаниям о сверхпроводящих свойствах веществ, в том числе водорода, гидридных соединений и новых сверхпроводниках при очень высоких давлениях. [1] N.W. Ashcroft, Hydrogen Dominant Metallic Alloys: High Temperature Superconductors? Phys. Rev. Lett. 92(2004) 187002. [2] M.I. Eremets, I.A. Troyan, Conductive dense hydrogen, Nat Mater 10(2011) 927-931. [3] 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), [4] H. Wang, J.S. Tse, K. Tanaka, T. Iitaka, Y. Ma (2012),” Superconductive sodalite like clathrate calcium hydride at high pressures.”, P NAS 1096463 -6466. [5] Zurek, E., R. Hoffmann, et al. (2009). "A little bit of lithium does a lot for hydrogen.", PNAS 106:17640–17643 [6] Y. Li, J. Hao, H. Liu, S. T. John, Y. Wang, Y. Ma, Sci. Rep. 2015, 5, 9948. [7] H. Liu, I. I. Naumov, R. Hoffmann, N. W. Ashcroft, R. J. Hemley, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2017, 114, 6990–6995. [8] F. Peng, Y. Sun, C. J. Pickard, R. J. Needs, Q. Wu, Y. Ma, Phys. Rev. Lett. 2017, 119, 107001. [9] Zachary M. Geballe, Hanyu Liu et al. (2018), Angew. Chem. Int. Ed., 57, 688 –692. [10] Л.Н. Булаевский. УФН. 1975. 116. 3. 449. [11] Sajedeh Manzeli et al. Nature Reviews Mat. 2017. 2. 8. 17033. [12] A.H. Thompson. Sol. State Comm. 1973. 13. 1911. [13] M. Fleming, R.V. Goleman. Bull- Am. Phys. Soc, ser. II, 1975. 20. 343. [14] Y.I. Joe et al. Nature Phys. 2014. 10. 421. [15] X.-Ch. Pan et al. Nature Comm. 2015. 6. 7805. [16] D.C. Freitas et al. Phys. Rev. B. 2016. 93. 184512. [17] B. Wang et al. Phys. Rev. B. 2017. 95. 220501(R). [18] D. Zhou et al. NPJ Quantum Materials. 2017. 2. 19. [19] Y. Zhou et al. Adv. Electron. Mater. 2018. 1800155.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Фролов К.В., .Любутин И.С, Чареев Д.А., Абдель-Хафиз М. Исследование монокристаллов сверхпроводника FeSe0.91S0.09 методом мессбауэровской спектроскопии. Письма в ЖЭТФ, Письма в ЖЭТФ, том 110, вып. 8, с. 557 – 562 (год публикации - 2019)
10.1134/S0370274X19200086

2. Семенок Д.В.,Квашнин А.Г.,Иванова А.Г., Свитлюк В.,Фоминский В.Ю., Садаков А.В., Соболевский О.А., Пудалов В.М., Троян И.А., Оганов А.Р. Superconductivity at 161 K in thorium hydride ThH10: Synthesis and properties Materials Today, Articles in press Volume xxx, Number xx xxxx 2019 (год публикации - 2019)
10.1016/j.mattod.2019.10.005

3. Стружкин В., Бинг Л., Чен Ж., Хаожа Ч., Пракапенко В., Гринберг Е., Троян И., Гаврилюк А., Мао Н. Superconductivity in La and Y hydrides: Remaining questions to experiment and theory Matter and Radiation at Extremes, Volume 5, Issue 2, p.028201 (год публикации - 2020)
10.1063/1.5128736

4. Чен В., Семенок Д., Тооян И., Иванова А., Хуанг Х., Оганов А., Суи т. Superconductivity and Equation of State of Lanthanum at Megabar Pressures PHYSICAL REVIEW B, V.102, p.134510 (год публикации - 2020)
10.1103/PhysRevB.102.134510

5. Семенок Д.В., Троян И.А., Иванова А.Г., Квашнин А.Г., Круглов И.А., Ханфланд М., Садаков А.В., Соболевский О.А., Перваков К.С., Любутин И.С., Глазырин К.В., Жиордано Н., Каримов Д.Н., Васильев А.Л., Акахаши Р., Пудалов В.М., Оганов А.Р. Superconductivity at 253 K in lanthanum– yttrium ternary hydride Materials Today, Volume 48 Page18-28 (год публикации - 2021)
10.1016/j.mattod.2021.03.025.

6. Троян И.А., Семенок Д.В., Квашнин А.Г., Садаков А.В., Соболевский О.А., Пудалов В.М., Иванова А.Г., Пракапенка В.Б., Гринберг Е., Гаврилюк А.Г., Любутин И.С., Стружкин В.В., Бергара А, Anomalous High-Temperature Superconductivity in YH6. Advanced Materials, Том 33. выпуск 15, номер статьи 2006832 (год публикации - 2021)
10.1002/adma.202006832

Публикации