Учёные из Сколтеха продемонстрировали высокотемпературную сверхпроводимость гидридов актиния и открыли общий принцип расчёта сверхпроводимости гидридов, основанный исключительно на периодической системе химических элементов.
Высокотемпературная сверхпроводимость — это феномен, при котором электрическое сопротивление некоторых материалов падает до нуля при температуре выше −196 °C (температура кипения жидкого азота). Активными исследованиями этого феномена физики, химики и материаловеды по всему миру занимались десятилетними, поскольку сверхпроводники, сохраняющие свои свойства при комнатной температуре, открывают широкие перспективы для энергетики, транспорта и других высокотехнологичных областей. На сегодняшний день рекордсменом по высокотемпературной сверхпроводимости является сульфид водорода (сероводоро́д, серни́стый водоро́д, дигидросульфи́д, химическая формула — H2S), демонстрирующий свойства сверхпроводимости под давлением около 1,5 млн атмосфер (≈150 ГПа) и температурах до −70 °C.
Такое давление может быть создано только в лабораторных условиях, да и температуры далеки от комнатных, поэтому учёные находятся в поиске новых сверхпроводников. Возможно, в соединениях металлов с водородом можно достичь эффекта сверхпроводимости даже при более высоких температурах, но связь между химическим составом материала и сверхпроводимостью до настоящего времени была неясна, заставляя исследователей двигаться путём проб и ошибок.
Группа химиков под руководством профессора Сколтеха и Московского физико-технического института Артёма Оганова обнаружила, что элементы, способные формировать сверхпроводящие соединения, расположены в определённом порядке в периодической системе химических элементов. Было установлено, что высокотемпературная сверхпроводимость возникает в материалах, содержащих атомы металлов, близких к заполнению нового электронного подуровня. Атомы металла внутри соединений, предположительно, очень чувствительны к расположению окружающих атомов. Последнее, в свою очередь, приводит к сильным электрон-фононным взаимодействиям — это механизм формирования обычной сверхпроводимости. Руководствуясь этим предположением, учёные разработали гипотезу, согласно которой высокотемпературная сверхпроводимость должна была сформироваться в гидриде актиния. Гипотеза подтвердилась: эффект развился при давлении 1,5 млн атмосфер и температурном диапазоне −69—22 °C.
«Саму идею связи между сверхпроводимостью и периодической таблицей, — рассказал профессор Оганов, — высказал мой студент Дмитрий Семенок. Открытый им принцип очень прост, и удивительно, что никто не заметил этого ранее».