naukowcy stworzyli tajemniczy materiał, który wydaje się przewodzić elektryczność bez oporu w temperaturach do około 15 °C. to nowy rekord dla nadprzewodnictwa, zjawisko zwykle związane z bardzo zimnymi temperaturami. Sam materiał jest słabo poznany, ale pokazuje potencjał klasy nadprzewodników odkrytych w 2015 roku.

nadprzewodnik ma jednak jedno poważne ograniczenie: przetrwa tylko pod ekstremalnie wysokim ciśnieniem, zbliżając się do tych znajdujących się w centrum Ziemi, co oznacza, że nie będzie miał natychmiastowych praktycznych zastosowań. Mimo to fizycy mają nadzieję, że utoruje to drogę do rozwoju materiałów o zerowej odporności, które mogą funkcjonować przy niższych ciśnieniach.

nadprzewodniki mają wiele zastosowań technologicznych, od maszyn do obrazowania metodą rezonansu magnetycznego po wieże telefonii komórkowej, a naukowcy zaczynają eksperymentować z nimi w wysokowydajnych generatorach do turbin wiatrowych. Ale ich przydatność jest nadal ograniczona przez zapotrzebowanie na nieporęczne kriogeniki. Powszechne nadprzewodniki pracują pod ciśnieniem atmosferycznym, ale tylko wtedy, gdy są bardzo zimne. Nawet najbardziej wyrafinowane-ceramiczne materiały na bazie tlenku miedzi-pracują tylko poniżej 133 kelwinów (-140 °c). Nadprzewodniki pracujące w temperaturze pokojowej mogą mieć duży wpływ technologiczny, na przykład w elektronice, która pracuje szybciej bez przegrzania.

najnowsze badanie, opublikowane w Nature 14 października, wydaje się dostarczać przekonujących dowodów na przewodnictwo w wysokich temperaturach, mówi fizyk Mikhail Eremets z Instytutu Chemii Maxa Plancka w Moguncji w Niemczech-chociaż dodaje, że chciałby zobaczyć więcej „surowych danych” z eksperymentu. Dodaje, że potwierdza to szereg prac, które rozpoczął w 2015 r., kiedy jego grupa zgłosiła2 pierwszy wysokociśnieniowy nadprzewodnik wysokotemperaturowy-związek wodoru i siarki, który miał zerową odporność do -70 °C.

w 2018 r. wykazano, że wysokociśnieniowy związek wodoru i lantanu3 jest nadprzewodnikiem w temperaturze -13 °C. Ale najnowszy wynik oznacza, że po raz pierwszy ten rodzaj nadprzewodnictwa zaobserwowano w związku złożonym z trzech elementów, a nie dwóch-pierwiastków. materiał jest wykonany z węgla, siarki i wodoru. Dodanie trzeciego elementu znacznie rozszerza kombinacje, które mogą być uwzględnione w przyszłych eksperymentach poszukujących nowych nadprzewodników, mówi współautor badania Ashkan Salamat, fizyk z University of Nevada, Las Vegas. „Otworzyliśmy zupełnie nowy region”, mówi.

materiały, które nadprzewodzą przy wysokich, ale nie ekstremalnych ciśnieniach, można już wykorzystać, mówi Maddury Somayazulu, naukowiec zajmujący się materiałami wysokociśnieniowymi w Argonne National Laboratory w Lemont, Illinois. Badanie pokazuje, że” rozsądnie wybierając trzeci i czwarty element ” w nadprzewodniku, jak mówi, można w zasadzie obniżyć jego ciśnienie operacyjne.

w pracy potwierdzono również wieloletnie prognozy fizyka teoretycznego Neila Ashcrofta z Cornell University w Ithaca w stanie Nowy Jork, że materiały bogate w wodór mogą przewodzić w temperaturach znacznie wyższych niż przypuszczano. „Myślę, że było bardzo niewielu ludzi spoza społeczności wysokociśnieniowej, którzy traktowali go poważnie”, mówi Somayazulu.

tajemniczy materiał

fizyk Ranga Dias z Uniwersytetu w Rochester w Nowym Jorku, wraz z Salamatem i innymi współpracownikami, umieścił mieszaninę węgla, wodoru i siarki w mikroskopijnej niszy, którą wyrzeźbili między czubkami dwóch diamentów. Następnie wywołały reakcje chemiczne w próbce za pomocą światła laserowego i obserwowały, jak powstaje kryształ. W miarę obniżania temperatury Doświadczalnej rezystancja na prąd przechodzący przez materiał spadła do zera, co wskazuje, że próbka stała się nadprzewodząca. Następnie zwiększyli ciśnienie i stwierdzili, że przejście to miało miejsce w coraz wyższych temperaturach. Ich najlepszym wynikiem była temperatura przejściowa 287,7 Kelvina przy 267 gigapaskalach — 2,6 miliona razy ciśnienie atmosferyczne na poziomie morza.

naukowcy znaleźli również pewne dowody na to, że kryształ wyrzucił swoje pole magnetyczne w temperaturze przejścia, co jest kluczowym testem nadprzewodnictwa. Ale wiele o materiale pozostaje nieznane, ostrzegają naukowcy. „Jest wiele rzeczy do zrobienia”, mówi Eremets. Nawet dokładna Struktura kryształu i wzór chemiczny nie są jeszcze zrozumiałe. „Przy wyższych ciśnieniach wielkość próbki jest coraz mniejsza”, mówi Salamat. „To właśnie sprawia, że tego typu pomiary są naprawdę trudne.”

nadprzewodniki wysokociśnieniowe wykonane z wodoru i jednego innego pierwiastka są dobrze poznane. Naukowcy przeprowadzili symulacje komputerowe wysokociśnieniowych mieszanin węgla, wodoru i siarki, mówi Eva Zurek, chemik obliczeniowy na Uniwersytecie Stanowym w Nowym Jorku w Buffalo. Twierdzi jednak, że badania te nie mogą wyjaśnić wyjątkowo wysokich temperatur nadprzewodzących obserwowanych przez grupę Diasa. „Jestem pewien, że po opublikowaniu tego manuskryptu wiele grup teoretycznych i eksperymentalnych podejmie ten problem”, mówi.