Сероводород при высоком давлении оказался сверхпроводником

Международная группа физиков предложила новое объяснение тому, что при высоких температурах сероводород превращается в сверхпроводник тока. Таким образом ученые подтвердили эксперименты своих коллег. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Physical Review Letters.

В начале декабря 2014 года немецкие ученые сообщили о наблюдении сверхпроводящего состояния сероводорода при температуре 190 кельвинов (минус 83 градусов Цельсия) и давлении 150 гигапаскалей. Новая работа их коллег предложила теоретическое объяснение этого явления.

Ученые показали, что при давлениях выше 200 гигапаскалей сероводород претерпевает два типа изменений. Одно из них не объясняет наблюдаемое явление, в отличие от другого, приводящего к образованию соединения из трех атомов водорода и атома серы.

Физики изучили взаимодействия между электронами и фононами (квазичастицами, в терминах которых удобно описывать звуковые колебания). Оказалось, что высокие давления приводят к возникновению ангармонических колебаний атомов водорода — большим смещениям от положений равновесия. Несмотря на то что высокие давления ограничивают движение атомов, легкость частиц позволяет совершать такие перемещения. Это приводит к перестройке связей в веществе.

Как отмечают ученые, ранее физики не учитывали ангармонизм при рассмотрении высокотемпературной сверхпроводимости, что приводило к неправильным теоретическим выводам.

В 1935 году физики Юджин Вигнер и Белл Хантингтон впервые теоретически обосновали существование высокотемпературной сверхпроводимости водорода. Из их работы следовало, что при давлении 25 гигапаскалей уже при комнатной температуре водород должен находиться в металлическом состоянии и проводить электрический ток без сопротивления.

Считается, что газовые гиганты Юпитер и Сатурн между своими ядром и атмосферой содержат толстый слой металлического водорода. До сих пор экспериментально такой водород в чистом виде не получен, однако работа ученых показывает, что его соединения могут проявлять сверхпроводящие свойства.