Trójskładnikowe układy bogate w wodór, jako nowa droga w poszukiwaniu nadprzewodników wysokotemperaturowych
Izabela A. Wrona
Katedra fizyki, Politechnika Częstochowska, al. Armii Krajowej 19, 42-200 Częstochowa, Polska
Odkąd w 1911 roku Heike Kamerlingh Onnes odkrył efekt zerowego oporu elektrycznego, któremu towarzyszy wypychanie z wnętrza próbki pola magnetycznego, zjawisko nadprzewodnictwa stało się obiektem intensywnego zainteresowania środowiska naukowego. Przez ponad sto lat badań poczyniono ogromne postępy w kwestii poszukiwań związków o jak najwyższej wartości temperatury krytycznej, a za moment zwrotny tych odkryć można uznać koncepcje Ashcrofta mówiące o nadprzewodnictwie w metalicznym wodorze oraz układach bogatych w wodór, pod działaniem wysokiego ciśnienia. Najnowsze badania pokazują, że związki o wysokiej zawartości wodoru są obiecującymi kandydatami do osiągnięcia nadprzewodnictwa w temperaturze pokojowej. Wśród wodorków dwuskładnikowych potwierdzono eksperymentalnie istnienie stanu nadprzewodzącego już w temperaturze przekraczającej 250 K. Niemniej jednak, układy dwuskładnikowe wymagają bardzo wysokich ciśnień do osiągnięcia stabilności w pożądanych stechiometriach, ponadto przeanalizowano już niemal wszystkie pierwiastki układu okresowego w kontekście tworzenia nadprzewodzących układów w połączeniu z wodorem. W ostatnich latach naukowcy zaczęli przełamywać te bariery, kierując swoją uwagę w stronę układów trójskładnikowych. Podejście polegające na włączeniu dodatkowego pierwiastka o pośredniej masie do dwuskładnikowego wodorku okazało się wysoce skuteczne w kwestii obniżenia ciśnienia metalizacji przy zachowaniu wysokiej temperatury krytycznej. Ponadto, wodorki trójskładnikowe oferują szerszy wachlarz stabilnych struktur krystalicznych ze względu na zróżnicowany skład chemiczny oraz łączą zalety różnych pierwiastków indukując silne sprzężenie elektron-fonon, co czyni je bardzo atrakcyjnymi kandydatami w dziedzinie nadprzewodnictwa.
Podczas seminarium przedstawiona zostanie dogłębna analiza dotychczasowych wyników badań dostępnych w literaturze dotyczących nadprzewodników bogatych w wodór wraz ze wskazaniem optymalnego kierunku dla przyszłych poszukiwań. Zaprezentowane zostaną również autorskie wyniki badań teoretycznych, które pozwoliły na odkrycie nieznanych dotąd trójskładnikowych nadprzewodników bogatych w wodór. W szczególności przedstawione zostaną parametry stanu nadprzewodzącego indukującego się w związkach z grupy XC2H8 (gdzie X=Ga, In, Tl, Sn, Pb, Sb, Bi, Te, Po) pod ciśnieniem nieprzekraczającym 100 GPa oraz analiza stabilności układów o stechiometrii ScX2H8, gdzie X oznacza pierwiastek o pośredniej masie (B, C, N, Al, Si, P). Wśród nowo odkrytych nadprzewodników znalazły się takie, które charakteryzują się silnym sprzężeniem elektron-fonon oraz temperaturą krytyczną przekraczającą 50 K.
