RU2757450C1

RU2757450C1 - High-temperature superconducting hydride and method for production thereof

Info

Publication number: RU2757450C1
Application number: RU2020129696A
Authority: RU
Inventors: Александр Геннадиевич Квашнин; Игорь Савельевич Любутин; Иван Александрович Троян; Дмитрий Владимирович Семенок; Артем Ромаевич Оганов
Priority date: 2020-09-09
Filing date: 2020-09-09
Publication date: 2021-10-15

Abstract

FIELD: conductors.

SUBSTANCE: present invention relates to the technology of manufacturing high-temperature superconducting compounds, namely metal polyhydrides, and can be applied in low-current superconducting electronics for manufacturing single-photon detectors, SQUID magnetometers and quantum qubits placed on the surface of a diamond anvil. The high-temperature superconducting hydride has the formula A_xY_1-xH₆, wherein A is lanthanum or magnesium, x is in the range from 0 to 1, and the content of H is no less than 86 atomic percent. The superconductor is produced by compressing a hydride-forming element with a hydrogen source under super-high pressure, followed by heating by a laser pulse, wherein La_xY_1-x or Mg _xY_1-x alloys are used as a hydride-forming element, wherein x is in the range from 0 to 1. The alloys are obtained by sintering La and Y or Mg and Y in an inert atmosphere, followed by placing the alloy and the source of hydrogen in a diamond anvil, compressing to a pressure of 150 to 200 GPa, and heating by laser pulses in the infrared range to a temperature of 1,500 to 3,000 K. The compound NH₃BH₃ can be used as a source of hydrogen. Produced is a superconductor with a critical temperature of up to 253 K, critical magnetic field of up to 140 T, and critical current density of no less than 2,000 A/mm².

EFFECT: reduction of the stoichiometric ratio between the metal and hydrogen in the superconductor.

3 cl, 8 dwg, 4 ex

Description

Настоящее изобретение относится к технологии изготовления высокотемпературных сверхпроводящих соединений, а именно, полигидридов металлов, и может найти применение в слаботочной сверхпроводящей электронике, для изготовления однофотонных детекторов, СКВИД-магнетометров и квантовых кубитов, размещенных на поверхности алмазной наковальни [1-6].The present invention relates to a technology for the manufacture of high-temperature superconducting compounds, namely, metal polyhydrides, and can be used in low-current superconducting electronics, for the manufacture of single-photon detectors, SQUID-magnetometers and quantum qubits placed on the surface of a diamond anvil [1-6].

На сегодняшний день среди высокотемпературных сверхпроводящих соединений (ВТСП) наибольшее применение нашли купраты, имеющие составы ReBaCuO, где «Re» означает редкоземельные элементы, лантан или иттрий, а также соединения на основе висмута: Bi₂Sr₂Cu₁O₆ ("2201") с критической температурой T_C~ 20 K; Bi₂Sr₂CaCu₂O₈ ("2212" и "4334") с критической температурой около 80 K и Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O₁₀ (BSCCO, "2223") с критической температурой около 110 K. Два основных способа изготовления сверхпроводников из таких соединений заключаются в:1) осаждении многослойных нанометровых покрытий из вакуума [7], и 2) спекании объемных образцов прекурсоров - оксидов редкоземельных, щелочно-земельных металлов и оксида меди CuO в избытке кислорода [8]. Однако, известные купратные сверхпроводники не позволяют получить критическую температуру перехода выше 135 K.To date, among high-temperature superconducting compounds (HTSC), cuprates with the composition ReBaCuO, where "Re" means rare earth elements, lanthanum or yttrium, as well as bismuth-based compounds: Bi ₂ Sr ₂ Cu ₁ O ₆ ("2201" ) with a critical temperature T _C ~ 20 K; Bi ₂ Sr ₂ CaCu ₂ O ₈ ("2212" and "4334") with a critical temperature of about 80 K and Bi ₂ Sr ₂ Ca ₂ Cu ₃ O ₁₀ (BSCCO, "2223") with a critical temperature of about 110 K. Two main The methods of manufacturing superconductors from such compounds are: 1) deposition of multilayer nanoscale coatings from vacuum [7], and 2) sintering of bulk precursor samples - oxides of rare earth, alkaline earth metals and copper oxide CuO in excess of oxygen [8]. However, the known cuprate superconductors do not allow obtaining the critical transition temperature above 135 K.

Известен другой широкий класс сверхпроводящих соединений - железосодержащие пниктиды, например, соединения допированные иридием SmOFe_1-xIr_xAs [9]. Несмотря на высокие верхние критические магнитные поля (до 400 Т) в этих сверхпроводниках, их критическая температура не превышает 56 К.Another wide class of superconducting compounds is known - iron-containing pnictides, for example, compounds doped with iridium SmOFe _1-x Ir _x As [9]. Despite the high upper critical magnetic fields (up to 400 T) in these superconductors, their critical temperature does not exceed 56 K.

Помимо купратных и железосодержащих сверхпроводников известен также ряд соединений с классическим электрон-фононным механизмом спаривания электронов, например, диборид магния MgB₂ (T_C=39K), допированный бором алмаз (T_C≤7K [10]), карбогидриды бериллия Ве(СН₄)_хН_у (T_C≤24K [11]). Критическая температура в такого рода сверхпроводниках, как правило, ниже чем в купратах и железосодержащих пниктидах и не превышает 40 К.In addition to cuprate and iron-containing superconductors, a number of compounds with the classical electron-phonon mechanism of electron pairing are also known, for example, magnesium diboride MgB ₂ (T _C = 39K), boron-doped diamond (T _C ≤7K [10]), beryllium carbohydrides Be (CH ₄ ) _x H _y (T _C ≤24K [11]). The critical temperature in superconductors of this kind is, as a rule, lower than in cuprates and iron-containing pnictides and does not exceed 40 K.

После открытия в 2018-2019 годах сверхпроводимости в декагидриде лантана LaH₁₀ с критической температурой 250-260 K [12-14] класс новых высокотемпературных сверхпроводящих соединений значительно расширился. Были синтезированы материалы с температурами сверхпроводящего перехода выше температуры кристаллизации сухого льда (-78°С, CO₂). Начали разрабатываться варианты применения в микроэлектронике изделий, изготовленных из высокотемпературных сверхпроводящих гидридов.After the discovery in 2018-2019 of superconductivity in lanthanum decahydride LaH ₁₀ with a critical temperature of 250-260 K [12-14], the class of new high-temperature superconducting compounds has significantly expanded. Were synthesized materials with superconducting transition temperatures above the crystallization temperature of dry ice (-78 ° C, CO ₂ ). Variants of application in microelectronics of products made of high-temperature superconducting hydrides began to be developed.

Известен сверхпроводящий полигидрид лантана LaH₁₀ [12], который может рассматриваться в качестве прототипа. Недостатком данного соединения является тот факт, что критическая температура сверхпроводящего перехода LaH₁₀ резко снижается до 210-215 K и ниже в случае отклонения (снижения) стехиометрического соотношения между металлом (лантаном) и водородом от 1:10.Known superconducting lanthanum polyhydride LaH ₁₀ [12], which can be considered as a prototype. The disadvantage of this compound is the fact that the critical temperature of the superconducting transition LaH ₁₀ drops sharply to 210-215 K and lower in the case of deviation (decrease) of the stoichiometric ratio between metal (lanthanum) and hydrogen from 1:10.

Технической задачей изобретения является создание сверхпроводящего полигидрида с содержанием водорода ниже 91 ат.%, что позволяет снизить влияние случайных отклонений в стехиометрии загруженных в ячейку высокого давления водорода (или NH₃BH₃) и металла, и увеличить вероятность успешного синтеза сверхпроводника.The technical objective of the invention is to create a superconducting polyhydride with a hydrogen content below 91 at.%, Which makes it possible to reduce the influence of random deviations in the stoichiometry of the hydrogen (or NH ₃ BH ₃ ) and metal loaded into the high-pressure cell, and to increase the likelihood of successful synthesis of the superconductor.

Техническим результатом является создание сверхпроводящих полигидридов с высокой температурой сверхпроводящего перехода, превосходящей T_C известных купратных соединений, таких как Bi₂Sr₂CaCu₂O_8+δ, с последующим их использованием в сверхпроводящей электронике на алмазе.The technical result is the creation of superconducting polyhydrides with a high superconducting transition temperature, exceeding the T _{C of} known cuprate compounds, such as Bi ₂ Sr ₂ CaCu ₂ O _{8 + δ} , with their subsequent use in superconducting electronics on diamond.

Заданный технический результат достигается в высокотемпературном сверхпроводящем гидриде, который имеет формулу A_xY_1-xH₆, где А - лантан или магний, x находится в диапазоне от 0 до 1, а содержание H составляет не менее 86 атомных процентов.The specified technical result is achieved in a high-temperature superconducting hydride, which has the formula A _x Y _1-x H ₆ , where A is lanthanum or magnesium, x is in the range from 0 to 1, and the H content is at least 86 atomic percent.

Известен способ синтеза сверхпроводящего гидрида лантана LaH₁₀ [12], который выбран в качестве прототипа. Способ заключается в загрузке аммоний борана (NH₃BH₃) в ячейку высокого давления, содержащую металлический лантан, с последующим лазерным нагревом образца при давлении не менее 150-160 ГПа. В результате может быть получен кубический гидрид лантана LaH₁₀ с критической температурой сверхпроводящего перехода 250-260 K и верхним критическим полем 120-140 Тл.A known method for the synthesis of superconducting lanthanum hydride LaH ₁₀ [12], which is selected as a prototype. The method consists in loading ammonium borane (NH ₃ BH ₃ ) into a high-pressure cell containing metallic lanthanum, followed by laser heating of the sample at a pressure of at least 150-160 GPa. As a result, cubic lanthanum hydride LaH ₁₀ can be obtained with a critical superconducting transition temperature of 250–260 K and an upper critical field of 120–140 T.

Недостаткам данного способа получения сверхпроводника является необходимость достижения высоких стехиометрических соотношений 1:10 между металлом (лантаном) и водородом. В том случае, если такое соотношение не достигается из-за случайного недостатка водорода или избытка лантана, критическая температура соединения резко снижается до 210-215 K и ниже.The disadvantages of this method for producing a superconductor is the need to achieve high stoichiometric ratios of 1:10 between the metal (lanthanum) and hydrogen. In the event that such a ratio is not achieved due to an accidental lack of hydrogen or an excess of lanthanum, the critical temperature of the compound drops sharply to 210-215 K and below.

Технической задачей предлагаемого способа является обеспечение уменьшения требуемого стехиометрического соотношения между металлом и водородом в получаемом сверхпроводнике.The technical problem of the proposed method is to ensure a decrease in the required stoichiometric ratio between metal and hydrogen in the resulting superconductor.

Техническим результатом является надежное получение сверхпроводника с критической температурой до 253 K, критическим магнитным полем до 140 Тл, и критической плотностью тока не менее 2000 А/мм².The technical result is a reliable production of a superconductor with a critical temperature of up to 253 K, a critical magnetic field of up to 140 T, and a critical current density of at least 2000 A / mm ² .

Поставленный технический результат достигается тем, что в способе изготовления сверхпроводника путем сжатия под сверхвысоким давлением гидридообразующего элемента с источником водорода и последующим нагревом этой композиции лазерным импульсом, в качестве гидридообразующего элемента используют сплавы La_xY_1-x или Mg_xY_1-x, где x находится в диапазоне от 0 до 1, которые предварительно получают путем спекания La и Y или Mg и Y в инертной атмосфере, затем размещают полученный сплав и источник водорода в алмазной наковальне, сжимают до давления 150-200 ГПа, и нагревают посредством импульсов лазера в инфракрасном диапазоне до температуры 1500-3000 К. В качестве источника водорода используют NH₃BH₃.The stated technical result is achieved by the fact that in the method of manufacturing a superconductor by compressing a hydride-forming element with a hydrogen source under ultrahigh pressure and then heating this composition with a laser pulse, La _x Y _1-x or Mg _x Y _1-x alloys are used as a hydride-forming element, where x is in the range from 0 to 1, which are preliminarily obtained by sintering La and Y or Mg and Y in an inert atmosphere, then the resulting alloy and a hydrogen source are placed in a diamond anvil, compressed to a pressure of 150-200 GPa, and heated by means of laser pulses in infrared range up to a temperature of 1500-3000 K. NH ₃ BH ₃ is used as a hydrogen source.

Сущность настоящего изобретения заключается в том, что в результате действия высокого давления, развиваемого алмазными наковальнями, водород, генерируемый из комплекса аммоний-боран (NH₃BH₃), insitu получает способность химически реагировать со сплавом иттрий-лантан или иттрий-магний, с образованием новых, невозможных при обычном атмосферном давлении, соединений, обладающих исключительно высокими параметрами сверхпроводящего состояния, обусловленными наличием подрешетки металлического водорода, обладающей уникально высокой Дебаевской частотой (Ω_D>1000K) и коэффициентом электрон-фотонного взаимодействия (λ>1.5).The essence of the present invention lies in the fact that as a result of the action of high pressure developed by diamond anvils, the hydrogen generated from the ammonium-borane (NH ₃ BH ₃ ) complex in situ obtains the ability to chemically react with the yttrium-lanthanum or yttrium-magnesium alloy, with the formation new, impossible at ordinary atmospheric pressure, compounds with exceptionally high parameters of the superconducting state due to the presence of a sublattice of metallic hydrogen, which has a uniquely high Debye frequency (Ω _D > 1000 K) and an electron-photon interaction coefficient (λ> 1.5).

Существо изобретения поясняется на фигурах.The essence of the invention is illustrated in the figures.

Фиг. 1 - Схема получения высокотемпературного сверхпроводящего гидрида.FIG. 1 - Scheme for obtaining a high-temperature superconducting hydride.

Фиг. 2 - Оптическое изображение кюлеты электрической алмазной ячейки с образцом (в центре) и четырьмя электродами, и спектр рентгеновской дифракции кубического La₂YH₁₈, синтезированного при 175 ГПа. Линия 1 - экспериментальные данные, линия 2 - расчетный спектр La₂YH₁₈, линия 3 - разность между расчетом и экспериментом.FIG. 2 - Optical image of an electric diamond cell culette with a sample (center) and four electrodes, and an X-ray diffraction spectrum of cubic La ₂ YH ₁₈ synthesized at 175 GPa. Line 1 - experimental data, line 2 - calculated spectrum of La ₂ YH ₁₈ , line 3 - difference between calculation and experiment.

Фиг. 3 - Зависимость электрического сопротивления образца гидрида La₂YH₁₈ с примесью

от температуры при 183 ГПа.FIG. 3 - Dependence of the electrical resistance of a sample of hydride La ₂ YH ₁₈ with an impurity

on temperature at 183 GPa.

Фиг. 4 - Зависимость электрического сопротивления образца гидрида La₂YH₁₈ от температуры и приложенного магнитного поля (Тл).FIG. 4 - Dependence of the electrical resistance of the La ₂ YH ₁₈ hydride sample on temperature and applied magnetic field (T).

Фиг. 5 - Зависимость электрического сопротивления образца гидрида La₄YH₃₀ от температуры при 183-191 ГПа.FIG. 5 - Dependence of the electrical resistance of the La ₄ YH ₃₀ hydride sample on temperature at 183-191 GPa.

Фиг. 6 - Зависимость критического тока (А) образца гидрида La₄YH₃₀ от температуры (Кельвины) и приложенного магнитного поля (Тл).FIG. 6 - Dependence of the critical current (A) of a sample of La ₄ YH ₃₀ hydride on temperature (Kelvin) and applied magnetic field (T).

Фиг. 7 - Зависимость электрического сопротивления образца гидрида Y4LaH30 от температуры при 176 ГПа.FIG. 7 - Dependence of the electrical resistance of the Y4LaH30 hydride sample on temperature at 176 GPa.

Фиг. 8 - Зависимость электрического сопротивления образца гидрида Mg_0.89Y_0.11H₆ при 194 ГПа.FIG. 8 - Dependence of the electrical resistance of a sample of Mg hydride _0.89 Y _0.11 H ₆ at 194 GPa.

Синтез предлагаемых сверхпроводящих гидридов осуществляют следующим образом (Фиг. 1). Металлы 1 и 2, то есть Y и La или Mg и La, смешивают в нужной пропорции на микрометровом масштабе, используя механические методы или сплавление при высокой температуре в инертной атмосфере. Затем, предварительно подготовленная гаскета для алмазной ячейки высокого давления, толщиной от 5 до 25 микрометров, с отверстием, диаметром не менее 15 микрометров, заполненном комплексом аммоний-боран (NH₃BH₃), закрепляется на одной из двух алмазных наковален ячейки высокого давления. Из объемных образцов сплавов La-Y или Mg-Y, подготовленных для загрузки в алмазную ячейку высокого давления, производят механическое отделение микрочастицы сплава с линейными размерами не более 15×15×15 микрон. После чего указанная частица переносится на электродную систему второй алмазной наковальни. Альтернативно, необходимое количество гидрид-образующего сплава наносится на рабочую поверхность алмазной наковальни посредством магнетронного или иного способа напыления. Затем, обе алмазные наковальни, с гаскетой и комплексом аммоний-боран (NH₃BH₃) и частицей металла и электродной системой, совмещаются между собой и, посредством передаточного механизма алмазной ячейки, прижимаются друг к другу до достижения требуемого давления. После чего, используя серию коротких импульсов лазерного излучения, производят импульсный нагрев частицы гидридобразующего сплава до температуры не менее 500°С, обычно, более 1000°С. Последующие электрические измерения используются для подтверждения образования высокотемпературного сверхпроводящего гидрида и измерения его критических параметров сверхпроводимости. При необходимости процедуру лазерного нагрева повторяют на других участках металлической частицы.The synthesis of the proposed superconducting hydrides is carried out as follows (Fig. 1). Metals 1 and 2, that is, Y and La or Mg and La, are mixed in the correct proportion on the micrometer scale using mechanical methods or high temperature fusion in an inert atmosphere. Then, a previously prepared gasket for a high-pressure diamond cell, with a thickness of 5 to 25 micrometers, with a hole with a diameter of at least 15 micrometers, filled with an ammonium-borane complex (NH ₃ BH ₃ ), is fixed on one of the two diamond anvils of the high-pressure cell. From bulk samples of La-Y or Mg-Y alloys, prepared for loading into a high-pressure diamond cell, mechanical separation of alloy microparticles with linear dimensions not exceeding 15 × 15 × 15 microns is performed. Then the specified particle is transferred to the electrode system of the second diamond anvil. Alternatively, the required amount of hydride-forming alloy is applied to the working surface of the diamond anvil by magnetron or other sputtering method. Then, both diamond anvils, with a gasket and an ammonium-borane complex (NH ₃ BH ₃ ) and a metal particle and an electrode system, are combined with each other and, by means of the transmission mechanism of the diamond cell, are pressed against each other until the required pressure is reached. Then, using a series of short pulses of laser radiation, pulsed heating of the hydride-forming alloy particle to a temperature of at least 500 ° C, usually more than 1000 ° C. Subsequent electrical measurements are used to confirm the formation of high temperature superconducting hydride and measure its critical superconductivity parameters. If necessary, the laser heating procedure is repeated on other areas of the metal particle.

Примеры синтеза высокотемпературных сверхпроводящих гидридов.Examples of the synthesis of high-temperature superconducting hydrides.

Пример 1. Кубический гексагидрид иттрия-лантана La₂YH₁₈.Example 1. Cubic yttrium-lanthanum hexahydride La ₂ YH ₁₈ .

Для загрузки алмазной ячейки высокого давления был использован образец сплава La₂Y, приготовленный следующим образом. Навеска из порошков 2.778 грамма лантана чистотой не менее 99.99% и 0.889 грамма иттрия чистотой не менее 99.99% была приготовлена путем смешения компонентов в условиях инертной атмосферы и помещена в микропробирку из оксида алюминия, которая была закрыта с помощью уплотнителя из Al₂O₃-ваты и, аналогичной по составу, крышки. Закрытая пробирка с навеской была в инертной атмосфере вставлена в стальную жаропрочную камеру, которая была затем герметизирована посредством запаивания стальной крышки с использованием аргоновой сварки. Герметизация тигля необходима как для предотвращения окисления кислородом воздуха, так и для упреждения возможного испарения металлов при высокой температуре. Полученный герметичный тигель был нагрет в муфельной печи до 1300°С и выдержан в течение 24 часов. После охлаждения и помещения в аргоновый бокс, стальная камера была вскрыта, а полученный сплав был проанализирован с использованием дифракции рентгеновского излучения и электронного микроскопа. В результате исследования был подтвержден элементный состав La₂Y.To load a high-pressure diamond cell, a sample of La ₂ Y alloy prepared as follows was used. A weighed sample of powders of 2.778 grams of lanthanum with a purity of at least 99.99% and 0.889 grams of yttrium with a purity of at least 99.99% was prepared by mixing the components in an inert atmosphere and placed in a microtube made of aluminum oxide, which was closed with a sealant of Al ₂ O ₃ -wool and, similar in composition, a cover. A closed, weighed tube was inserted under an inert atmosphere into a heat-resistant steel chamber, which was then sealed by sealing the steel cap using argon welding. Sealing the crucible is necessary both to prevent oxidation by atmospheric oxygen and to prevent possible evaporation of metals at high temperatures. The resulting sealed crucible was heated in a muffle furnace to 1300 ° C and held for 24 hours. After cooling and placing in an argon box, the steel chamber was opened and the resulting alloy was analyzed using X-ray diffraction and an electron microscope. As a result of the study, the elemental composition of La ₂ Y was confirmed.

Частица сплава La₂Y толщиной 2 мкм и диаметром 12 мкм была помещена в центр первой алмазной наковальни, диаметром 50 мкм, на которую были предварительно нанесены посредством магнетронного напыления 4 электрода, состоящие из двух слоев: нижнего танталового слоя (200 нм) и верхнего золотого (50 нм). Обе использованные алмазные наковальни имели форму усеченного конуса. Подготовленная вольфрамовая пластина (гаскета) толщиной 300 мкм была предварительно обжата в алмазной ячейке до толщины 15 мкм и просверлена с использованием лазера по центру отпечатка алмазной наковальни. Диаметр просверленного отверстия составил 30 мкм. Полученное отверстие было заполнено спрессованным кристаллическим комплексом аммоний-боран (NH₃BH₃), излишки соединения, выходящие за пределы объема просверленного в гаскете отверстия, были механически удалены. Затем, гаскета была перемещена и закреплена на второй алмазной наковальне. Обе алмазные наковальни были совмещены друг с другом так, чтобы их оси симметрии совпали, и были прижаты друг к другу рабочими поверхностями посредством поворота механических винтов симметричной алмазной ячейки до достижения давления 175 ГПа, измеренного с использованием края рамановского сигнала алмаза. Нагрев проводился с использованием 4х импульсов лазера в инфракрасном диапазоне по 100 микросекунд каждый, максимальная температура образца составила 2000 К. После проведения лазерного нагрева, камера высокого давления была помещена в криостат и охлаждена до температуры кипения жидкого азота с целью подтверждения сверхпроводящих свойств полученного образца.A La ₂ Y alloy particle with a thickness of 2 μm and a diameter of 12 μm was placed in the center of the first diamond anvil, 50 μm in diameter, on which 4 electrodes were preliminarily deposited by means of magnetron sputtering, consisting of two layers: a lower tantalum layer (200 nm) and an upper gold (50 nm). Both of the diamond anvils used were frustoconical. The prepared tungsten plate (gasket) with a thickness of 300 μm was preliminarily compressed in a diamond cell to a thickness of 15 μm and drilled using a laser in the center of the imprint of the diamond anvil. The diameter of the drilled hole was 30 µm. The resulting hole was filled with a pressed crystalline ammonium-borane complex (NH ₃ BH ₃ ), the excess compound that went beyond the volume of the hole drilled in the gasket was mechanically removed. Then, the gasket was moved and secured to a second diamond anvil. Both diamond anvils were aligned with each other so that their axes of symmetry coincided, and were pressed against each other by the working surfaces by turning the mechanical screws of the symmetrical diamond cell until a pressure of 175 GPa was reached, measured using the edge of the diamond's Raman signal. Heating was carried out using 4 laser pulses in the infrared range, 100 microseconds each, the maximum temperature of the sample was 2000 K. After laser heating, the high-pressure chamber was placed in a cryostat and cooled to the boiling point of liquid nitrogen in order to confirm the superconducting properties of the obtained sample.

Спектр рентгеновской дифракции соединения представлен на Фиг. 2 и соответствует кубической пространственной группе и объему элементарной ячейки 48.85

, соответствующему вычисленному при давлении 175 ГПа объему элементарной ячейки соединения состава La₂YH₁₈, содержащего 86 ат.% водорода (вычисленному как отношение числа атомов водорода к общему числу атомов в элементарной ячейке гидрида). Зависимость измеренного электрического сопротивления от температуры (Фиг. 3) при давлении 183 ГПа указывает на сверхпроводящий переход при температуре 253 K. Зависимость от внешнего магнитного поля при 183 ГПа представлена на Фиг. 4. На основании этой зависимости может быть сделана оценка верхнего критического магнитного поля для La₂YH₁₈ как 110-140 Тл.The X-ray diffraction spectrum of the compound is shown in FIG. 2 and corresponds to a cubic space group and a unit cell volume of 48.85

corresponding to the unit cell volume of the La ₂ YH ₁₈ compound containing 86 at.% hydrogen calculated at a pressure of 175 GPa (calculated as the ratio of the number of hydrogen atoms to the total number of atoms in the unit cell of the hydride). The dependence of the measured electrical resistance on temperature (Fig. 3) at a pressure of 183 GPa indicates a superconducting transition at a temperature of 253 K. The dependence on an external magnetic field at 183 GPa is shown in Fig. 4. Based on this dependence, an estimate of the upper critical magnetic field for La ₂ YH ₁₈ can be made as 110-140 T.

Пример 2. Кубический гексагидрид иттрия-лантана La₄YH₃₀.Example 2. Cubic yttrium-lanthanum hexahydride La ₄ YH ₃₀ .

Отличается от Примера 1 тем, что исходное молярное соотношение металлов La:Y для приготовления сплава было выбрано 4:1 (5.556 грамма лантана и 0.889 грамма иттрия). Синтез гидрида из полученного сплава по методу, описанному в Примере 1, привел к получению соединения с пространственной группой

что было установлено с использованием методов рентгеновской дифракции, и составом La₄YH₃₀ (86 ат.% водорода, 30/35 ≈ 0.86), которое при давлении 183 ГПа демонстрирует сверхпроводящий переход при 247 K (Фиг. 5), верхнее критическое магнитное поле в образце может достигать 130 Тл, а критическая плотность тока - не менее 2000 А/мм² (Фиг. 6).Differs from Example 1 in that the initial molar ratio of metals La: Y for the preparation of the alloy was chosen 4: 1 (5.556 grams of lanthanum and 0.889 grams of yttrium). Synthesis of a hydride from the resulting alloy according to the method described in Example 1, led to the preparation of a compound with a space group

which was established using X-ray diffraction methods, and the composition of La ₄ YH ₃₀ (86 at.% hydrogen, 30/35 ≈ 0.86), which at a pressure of 183 GPa demonstrates a superconducting transition at 247 K (Fig. 5), the upper critical magnetic field in the sample can reach 130 T, and the critical current density - not less than 2000 A / mm ² (Fig. 6).

Пример 3. Гексагидрид иттрия-лантана Y₄LaH₃₀.Example 3. Yttrium-lanthanum hexahydride Y ₄ LaH ₃₀ .

Отличается от Примера 1 тем, что исходное молярное соотношение металлов La:Y для приготовления сплава было выбрано 1:4 (1.39 грамма лантана и 3.60 грамма иттрия). Синтез гидрида из полученного сплава по методу, описанному в Примере 1, привел к получению сверхпроводящего соединения с составом Y₄LaH₃₀H критической температурой перехода 237 K при давлении 176 ГПа (Фиг. 7).Differs from Example 1 in that the initial molar ratio of metals La: Y for the preparation of the alloy was chosen 1: 4 (1.39 grams of lanthanum and 3.60 grams of yttrium). The synthesis of a hydride from the obtained alloy according to the method described in Example 1 led to the production of a superconducting compound with the composition Y ₄ LaH ₃₀ H with a critical transition temperature of 237 K at a pressure of 176 GPa (Fig. 7).

Пример 4. Кубический гексагидрид иттрия-магния Mg_0.89Y_0.11Н₆.Example 4. Cubic yttrium-magnesium hexahydride Mg _0.89 Y _0.11 H ₆ .

Отличается от Примера 1 тем, что для синтеза гидрида был использован коммерчески доступный сплав Mg-Y, содержащий 30% масс. (11 ат.%) иттрия. Синтезированный из полученного сплава гидрид при 194 ГПа демонстрирует скачок электрического сопротивления, типичный для сверхпроводящего перехода, при T_C=240 K (Фиг. 8).It differs from Example 1 in that a commercially available Mg-Y alloy containing 30% of the mass was used for the synthesis of the hydride. (11 at.%) Yttrium. The hydride synthesized from the obtained alloy at 194 GPa demonstrates a jump in electrical resistance, typical for a superconducting transition, at T _C = 240 K (Fig. 8).

Таким образом, предложенные высокотемпературные сверхпроводящие гидриды, позволяют достигать высокой и контролируемой поворотом прижимных винтов алмазной ячейки высокого давления, температуры сверхпроводящего перехода (T_C) до 253 K, критического магнитного поля В_с2(0) до 130-140 Тл, критической плотности тока не менее 2000 А/мм² используя сплавы иттрий-лантан и иттрий-магний для синтеза гидридов.Thus, the proposed high-temperature superconducting hydrides make it possible to achieve a high and controlled by turning the clamping screws of a high-pressure diamond cell, a superconducting transition temperature (T _C ) up to 253 K, a critical magnetic field В _с2 (0) up to 130-140 T, a critical current density not less than 2000 A / mm ² using yttrium-lanthanum and yttrium-magnesium alloys for the synthesis of hydrides.

Данный факт является подтверждением возможности промышленного использования изобретения.This fact confirms the possibility of industrial use of the invention.

Источники информации:Sources of information:

1. Mito, M., Hitaka, M., Kawae, Т., Takeda, K., Kitai, Т., Toyoshima, N., Development of Miniature Diamond Anvil Cell for the Superconducting Quantum Interference Device Magnetometer // Jpn. J. Appl. Phys. 2001. V. 40. P. 6641.1. Mito, M., Hitaka, M., Kawae, T., Takeda, K., Kitai, T., Toyoshima, N., Development of Miniature Diamond Anvil Cell for the Superconducting Quantum Interference Device Magnetometer // Jpn. J. Appl. Phys. 2001. V. 40. P. 6641.

2. Ishizuka, M., Endo, S., Detection of Antiferromagnetic Signals in a Diamond-Anvil Cell Using a SQUID Vibrating Coil Magnetometer // J. Phys.: Condens. Matter 2002. V. 14. P. 10719-10722.2. Ishizuka, M., Endo, S., Detection of Antiferromagnetic Signals in a Diamond-Anvil Cell Using a SQUID Vibrating Coil Magnetometer // J. Phys .: Condens. Matter 2002. V. 14. P. 10719-10722.

3. Giriat, G., Wang, W., Attfield, J.P., Huxley, A.D., Kamenev, K.V., Turnbuckle Diamond Anvil Cell for High-Pressure Measurements in a Superconducting Quantum Interference Device Magnetometer // Review of Scientific Instruments 2010. V. 81. P. 073905.3. Giriat, G., Wang, W., Attfield, JP, Huxley, AD, Kamenev, KV, Turnbuckle Diamond Anvil Cell for High-Pressure Measurements in a Superconducting Quantum Interference Device Magnetometer // Review of Scientific Instruments 2010. V. 81. P. 073905.

4. Marizy, A., Guigue, В., Occelli, F., Leridon, В., Loubeyre, P., A Symmetric Miniature Diamond Anvil Cell for Magnetic Measurements on Dense Hydrides in a SQUID Magnetometer // 2017. V. 37. P. 465-474.4. Marizy, A., Guigue, B., Occelli, F., Leridon, B., Loubeyre, P., A Symmetric Miniature Diamond Anvil Cell for Magnetic Measurements on Dense Hydrides in a SQUID Magnetometer // 2017. V. 37 P. 465-474.

5. Lesik, M., Plisson, Т., Toraille, L., Renaud, J., Occelli, F., Schmidt, M., Salord, O., Delobbe, A., Debuisschert, Т., Rondin, L., Loubeyre, P., Roch, J.-F., Magnetic Measurements on Micrometer-Sized Samples under High Pressure Using Designed NV Centers // 2019. V. 366. P. 1359-1362.5. Lesik, M., Plisson, T., Toraille, L., Renaud, J., Occelli, F., Schmidt, M., Salord, O., Delobbe, A., Debuisschert, T., Rondin, L ., Loubeyre, P., Roch, J.-F., Magnetic Measurements on Micrometer-Sized Samples under High Pressure Using Designed NV Centers // 2019. V. 366. P. 1359-1362.

6. Hsieh, S., Bhattacharyya, P., Zu, C., Mittiga, Т., Smart, T.J., Machado, F., Kobrin, В.,

, Т.O., Rui, N.Z., Kamrani, M., Chatterjee, S., Choi, S., Zaletel, M., Struzhkin, V.V., Moore, J.E., Levitas, V.I., Jeanloz, R., Yao, N. Y., Imaging Stress and Magnetism at High Pressures Using a Nanoscale Quantum Sensor // 2019. V. 366. P. 1349-1354.6. Hsieh, S., Bhattacharyya, P., Zu, C., Mittiga, T., Smart, TJ, Machado, F., Kobrin, B.,

, T.O., Rui, NZ, Kamrani, M., Chatterjee, S., Choi, S., Zaletel, M., Struzhkin, VV, Moore, JE, Levitas, VI, Jeanloz, R., Yao, NY , Imaging Stress and Magnetism at High Pressures Using a Nanoscale Quantum Sensor // 2019. V. 366. P. 1349-1354.

7. Khakhakura, S., Okhmatsu, K., Superconductor and Method for Its Manufacturing, 2008, RU2332738C2.7. Khakhakura, S., Okhmatsu, K., Superconductor and Method for Its Manufacturing, 2008, RU2332738C2.

8. Koj, S.M., Li, С.K., Li, C.-V., Li, K.C., Mun, S.-K., Yu, S.-L, Superconducting Object and Method for Production Thereof, 2016, RU2598150C1.8. Koj, SM, Li, C.K., Li, C.-V., Li, KC, Mun, S.-K., Yu, S.-L, Superconducting Object and Method for Production Thereof, 2016, RU2598150C1.

9. Cuihua, C., Yajing, C., Yong, Z., Yong, Z., Yongliang, C., Iridium Doped Iron Base Superconductor and Preparation Method Thereof, 2009, CN101456736A.9. Cuihua, C., Yajing, C., Yong, Z., Yong, Z., Yongliang, C., Iridium Doped Iron Base Superconductor and Preparation Method Thereof, 2009, CN101456736A.

10. Kawarada, H., Kobayashi, K., Nagao, M., Tachiki, M., Takano, Y., Umezawa, H., Superconductivity in Boron-Doped Diamond Thin Film, 2006, US2006035788A1.10. Kawarada, H., Kobayashi, K., Nagao, M., Tachiki, M., Takano, Y., Umezawa, H., Superconductivity in Boron-Doped Diamond Thin Film, 2006, US2006035788A1.

11. Chen, M., Li, W., Lyu, H., Yang, C, Zhong, G., Novel Superconducting Material and Preparation Method Thereof, 2019, CN110183473A.11. Chen, M., Li, W., Lyu, H., Yang, C, Zhong, G., Novel Superconducting Material and Preparation Method Thereof, 2019, CN110183473A.

12. Somayazulu, M., Ahart, M., Mishra, A.K., Geballe, Z.M., Baldini, M., Meng, Y., Struzhkin, V.V., Hemley, R.J., Evidence for Superconductivity above 260 K in Lanthanum Superhydride at Megabar Pressures // Phys. Rev. Lett. 2019. V. 122. P. 027001.12. Somayazulu, M., Ahart, M., Mishra, AK, Geballe, ZM, Baldini, M., Meng, Y., Struzhkin, VV, Hemley, RJ, Evidence for Superconductivity above 260 K in Lanthanum Superhydride at Megabar Pressures // Phys. Rev. Lett. 2019. V. 122. P. 027001.

13. Drozdov, A.P., Kong, P.P., Minkov, V.S., Besedin, S.P., Kuzovnikov, M.A., Mozaffari, S., Balicas, L., Balakirev, F.F., Graf, D.E., Prakapenka, V.В., Greenberg, E., Knyazev, D.A., Tkacz, M., Eremets, M.I., Superconductivity at 250 K in Lanthanum Hydride under High Pressures // 2019. V. 569. P. 528.13. Drozdov, AP, Kong, PP, Minkov, VS, Besedin, SP, Kuzovnikov, MA, Mozaffari, S., Balicas, L., Balakirev, FF, Graf, DE, Prakapenka, V.V., Greenberg, E ., Knyazev, DA, Tkacz, M., Eremets, MI, Superconductivity at 250 K in Lanthanum Hydride under High Pressures // 2019.V. 569.P. 528.

14. Errea, I., Belli, F., Monacelli, L., Sanna, A., Koretsune, Т., Tadano, Т., Bianco, R., Calandra, M., Arita, R., Mauri, F., Flores-Livas, J.A., Quantum Crystal Structure in the 250-Kelvin Superconducting Lanthanum Hydride // 2020. V. 578. P. 66-69.14. Errea, I., Belli, F., Monacelli, L., Sanna, A., Koretsune, T., Tadano, T., Bianco, R., Calandra, M., Arita, R., Mauri, F ., Flores-Livas, JA, Quantum Crystal Structure in the 250-Kelvin Superconducting Lanthanum Hydride // 2020. V. 578. P. 66-69.

Claims

1. A high-temperature superconducting hydride having the formula A _x Y _1-x H ₆ , where A is lanthanum or magnesium, x is in the range from 0 to 1, and the H content is at least 86 atomic percent.

2. A method of manufacturing a superconductor by compressing a hydride-forming element with a hydrogen source under ultrahigh pressure and then heating this composition with a laser pulse, characterized in that the La _x Y _1-x or Mg _x Y _1-x alloys are used as the hydride-forming element, where x is in the range from 0 to 1, which are preliminarily obtained by sintering La and Y or Mg and Y in an inert atmosphere, then the resulting alloy and a hydrogen source are placed in a diamond anvil, compressed to a pressure of 150-200 GPa and heated by means of laser pulses in the infrared range to temperature 1500-3000 K.

3. The method according to claim 2, characterized in that NB ₃ BH ₃ is used as the hydrogen source.