Прорыв в физике. Ученые впервые достигли сверхпроводимости при комнатной температуре

15 октября 2020, 09:10
Цей матеріал також доступний українською

В США была достигнута новая важная веха в изучении сверхпроводимости: физики достигли протекания электрического тока без сопротивления при комнатной температуре — +15 градусов Цельсия.

Это побило предыдущий рекорд — -23 градуса по Цельсию, что является огромным шагом вперед в использовании этого явления за пределами лаборатории, уверены авторы открытия.

Видео дня

«Из-за низких температур материалы с такими необычными свойствами не изменили мир так, как многие могли себе представить. Однако наше открытие разрушит эти барьеры и откроет двери для многих потенциальных приложений этого явления», — заявил физик Ранга Диас из Университета Рочестера.

Сверхпроводимость была впервые открыта в 1911 году, и с тех пор это явление и его применение стало целью многих физиков.

Сверхпроводимость состоит из двух основных свойств. Первое — нулевое сопротивление. Обычно электрический ток встречает некоторую степень сопротивления. Чем выше проводимость материала, тем меньше у него электрическое сопротивление, и ток может течь более свободно.

Второй — это эффект Мейснера, при котором магнитные поля сверхпроводящего материала удаляются. Это заставляет силовые линии магнитного поля перемещаться вокруг материала. Если над сверхпроводящим материалом поместить небольшой постоянный магнит, сила отталкивания этих силовых линий магнитного поля заставит его левитировать.

Потенциальные применения сверхпроводимости могут привести к революционным изменениям в нашем мире — от транспорта на магнитной подвеске до передачи данных и электрических сетей без потерь.

Но есть большая проблема. Сверхпроводящие материалы обычно создаются и хранятся только при чрезвычайно низких температурах, намного ниже тех, которые встречаются в природе. Хранить материалы при этих температурах сложно и дорого.

Принципиально новый тип высокотемпературных сверхпроводников был открыт в середине 2010-х годов: оказалось, что при экстремально высоких давлениях — более 1 миллиона атмосфер — гидриды многих элементов остаются в сверхпроводящем состоянии до очень высоких температур. Так, несколько лет материалом с самой высокой критической температурой был сероводород состава H3S, а рекорд перехода принадлежал гидриду лантана LaH10.

«Чтобы иметь высокотемпературный сверхпроводник, вам нужны более прочные связи и легкие элементы. Это два основных критерия. Водород — самый легкий материал, а водородная связь — одна из самых прочных. Теоретически твердый металлический водород имеет высокую температуру Дебая и сильную электрон-фононную связь, которая необходима для сверхпроводимости при комнатной температуре», — сказал Диас.

Поскольку чистый металлический водород может быть создан только при экстремальном давлении, добиться нужных условий крайне сложно. Следующим лучшим вариантом является вещество, которое богато водородом, к примеру, сероводород и гидрид лантана, использованные в предыдущих экспериментах. Они имитируют сверхпроводящие свойства чистого металлического водорода при гораздо более низких давлениях.

Группа физиков во главе с Эллиотом Снайдером из Университета Рочестера попыталась объединить водород с иттрием, чтобы создать супергидрид иттрия. Этот материал продемонстрировал сверхпроводимость при -11 градусов по Цельсию под давлением 180 гигапаскалей.

Затем Снайдер и его команда попытались объединить углерод, серу и водород для создания углеродсодержащего гидрида серы. Они зажали крошечный образец в алмазной наковальне и измерили его на сверхпроводимость. И они нашли ее при 270 гигапаскалей и 15 градусах Цельсия.

Очевидно, что до применения технологии в обычной жизни еще далеко. Размеры образцов были микроскопическими, от 25 до 35 микрон, а давление, при котором возникала сверхпроводимость, все еще было непрактично огромным.

Следующим шагом в исследовании будет попытка снизить необходимое высокое давление за счет химического состава образца. Исследователи полагают, что если им удастся правильно приготовить смесь, сверхпроводник, работающий при комнатной температуре и давлении окружающей среды, наконец, будет в наших руках.

Ранее НВ писал, что весной 2020 года ученые впервые обнаружили природные сверхпроводящие материалы во внеземных объектах, найдя сверхпроводящие зерна в двух отдельных метеоритах.

В новом исследовании, проведенном исследователями из Калифорнийского университета в Сан-Диего, ученые исследовали фрагменты из 15 различных метеоритов, используя метод, называемый микроволновой спектроскопией с модуляцией магнитного поля, для обнаружения следов сверхпроводимости внутри образцов.

Мельчайшие сверхпроводимые зерна обнаружились в железном метеорите, упавшем в Австралии в 1911 году, и в редком урейлитовом метеорите GRA 95 205, который нашли в Антарктиде четверть века назад. По данным анализов, это сплавы свинца, индия и олова.

«Встречающиеся в природе сверхпроводящие материалы необычны, но они особенно важны, потому что эти материалы могут быть сверхпроводящими во внеземных средах», — говорит физик и ученый-нанотехнолог Джеймс Уэмплер.

poster
Подписаться на ежедневную email-рассылку
материалов раздела Техно
Рассылка о том как технологии изменяют мир
Каждый понедельник

Присоединяйтесь к нам в соцсетях Facebook, Telegram и Instagram.

Показать ещё новости
Радіо НВ
X