Компаунд без сопротивления проводит электричество при 15 ° C, но только под высоким давлением.

Сжатый под высоким давлением между двумя алмазами материал, состоящий из углерода, серы и водорода, может передавать электричество без сопротивления при комнатной температуре.

После более чем столетнего ожидания ученые сообщили об открытии первого сверхпроводника при комнатной температуре. Это открытие пробуждает мечты о футуристических технологиях, которые могут изменить электронику и транспорт. Сверхпроводники передают электричество без сопротивления, позволяя току течь без потерь энергии. Но все обнаруженные ранее сверхпроводники необходимо охлаждать, многие из них до очень низких температур, что делает их непрактичными для большинства применений.

Теперь ученые нашли первый сверхпроводник, работающий при комнатной температуре - по крайней мере, в довольно прохладной комнате. Материал является сверхпроводящим при температурах ниже примерно 15 ° по цельсию, сообщили 14 октября 2020 года в Nature физик Ранга Диас из Университета Рочестера в Нью-Йорке и его коллеги .

Результаты команды «просто прекрасны», - говорит химик-химик Рассел Хемли из Иллинойского университета в Чикаго, который не участвовал в исследовании.

Однако сверхпроводящие сверхспособности нового материала проявляются только при чрезвычайно высоких давлениях, что ограничивает его практическое применение. Диас и его коллеги сформировали сверхпроводник, сжав углерод, водород и серу между кончиками двух алмазов и воздействуя на материал лазерным светом, чтобы вызвать химические реакции. При давлении, примерно в 2,6 миллиона раз превышающем давление в атмосфере Земли, и температуре ниже примерно 15 ° C электрическое сопротивление исчезло.

Одного этого было недостаточно, чтобы убедить Диаса. «Я не поверил в это с первого раза», - говорит он. Поэтому команда исследовала дополнительные образцы материала и исследовала его магнитные свойства. Известно, что сверхпроводники и магнитные поля конфликтуют - сильные магнитные поля препятствуют сверхпроводимости. Конечно, когда материал помещали в магнитное поле, требовались более низкие температуры, чтобы сделать его сверхпроводящим. Команда также применила к материалу осциллирующее магнитное поле и показала, что, когда материал стал сверхпроводником, он вытеснил это магнитное поле изнутри, что стало еще одним признаком сверхпроводимости.

Ученые не смогли определить точный состав материала или расположение его атомов, что затрудняет объяснение того, как он может быть сверхпроводящим при таких относительно высоких температурах. По словам Диаса, дальнейшая работа будет сосредоточена на более полном описании материала.

Когда в 1911 году была открыта сверхпроводимость, она была обнаружена только при температурах, близких к абсолютному нулю (-273,15 ° C). Но с тех пор исследователи постоянно открывают материалы, которые обладают сверхпроводимостью при более высоких температурах. В последние годы ученые ускорили этот прогресс, сосредоточив внимание на богатых водородом материалах при высоком давлении.

В 2015 году физик Михаил Еремец из Института химии Макса Планка в Майнце, Германия, и его коллеги сжали водород и серу, чтобы создать сверхпроводник при температурах до -70 °. Несколько лет спустя две группы, одна во главе с Ереметом, а другая с участием Хемли и физика Мэддури Сомаязулу, изучали соединение лантана и водорода под высоким давлением . Обе группы обнаружили свидетельства сверхпроводимости при еще более высоких температурах - 23 ° C и -13 ° C соответственно, а в некоторых образцах, возможно, достигали 7 ° .

Открытие сверхпроводника при комнатной температуре не является сюрпризом. «Очевидно, что мы движемся к этому», - говорит химик-теоретик Ева Зурек из Университета Буффало в Нью-Йорке, которая не принимала участия в исследовании. Но преодолеть символический барьер комнатной температуры - «действительно большое дело».

Если бы сверхпроводник, работающий при комнатной температуре, можно было бы использовать при атмосферном давлении, он мог бы сэкономить огромное количество энергии, теряемой из-за сопротивления в электрической сети. И это могло бы улучшить существующие технологии, от аппаратов МРТ до квантовых компьютеров и поездов на магнитной левитации. Диас предполагает, что человечество может стать «сверхпроводящим обществом».

Но до сих пор ученые создали только крошечные частицы материала под высоким давлением, поэтому до практического применения еще далеко.

Тем не менее, «температура больше не является пределом», - говорит Сомаязулу из Аргоннской национальной лаборатории в Лемонте, штат Иллинойс, который не участвовал в новом исследовании. Вместо этого у физиков появилась новая цель: создать сверхпроводник при комнатной температуре, который работал бы без напряжения, говорит Сомаязулу. «Это следующий большой шаг, который мы должны сделать».

Версия этой статьи появится в ноябре 7, 2020 выпуске Science News .
Snider et al. Сверхпроводимость при комнатной температуре в углеродистом гидриде серы . Природа . Опубликовано в сети 14 октября 2020 г. doi: 10.1038 / s41586-020-2801-z.

По материалам сайта: https://www.sciencenews.org/