„Veríme, že toto je teraz nová éra supravodivosti,“ povedal Russell Hemley, vedec materiálov na Univerzite Georga Washingtona vo Washingtone, D.C., 4. marca na marcovom stretnutí americkej fyzickej spoločnosti.
Obrazy za ním sa rozsvietili: schéma zariadenia na drvenie drobných vecí medzi superhrdinnými bodmi protikladných diamantov, grafy teploty a elektrického odporu, žiariaca guľa s hrubým čiernym „X“, ktorá preťala jeho stred.
Posledným obrazom bolo stelesnenie novej éry samotnej: malá vzorka superhydridu lantánu (alebo LaH10) sa stlačila na tlaky podobné tým, ktoré sa našli v jadre Zeme a laserom sa zahrievala na teploty blížiace sa svižnému neskorému zimnému dňu v Nové Anglicku. , (To je obarenie teplo podľa štandardov supravodivého výskumu, ktoré sa zvyčajne vykonáva v extrémnom laboratórnom chlade.) Za týchto podmienok Hemley a jeho tím zistili, že LaH10 pravdepodobne prestane odolávať pohybu elektrónov medzi jeho atómami. Zrejme sa stáva, ako to označil Hemley vo svojej prednáške o APS, av článku uverejnenom 14. januára v časopise Physical Review Letters, „supravodič pre izbovú teplotu“.
Zamrznutá veda
Už v roku 1911 holandský fyzik Heike Kamerlingh Onnes objavil, že určité látky vykazujú pri extrémne nízkych teplotách nezvyčajné elektrické vlastnosti.
Za normálnych okolností elektrický prúd prechádzajúci vodivým materiálom (ako medený drôt) stratí po ceste určitú intenzitu. Dokonca aj veľmi dobré vodiče, ktoré používame v našich elektrických sieťach, sú nedokonalé a nedokážu preniesť všetku energiu z elektrárne do vašej elektrickej zásuvky. Niektoré elektróny sa po ceste len stratia.
Supravodiče sa však líšia. Elektrický prúd privádzaný do slučky supravodivého drôtu bude stále krúžiť naveky, bez akýchkoľvek strát. Supravodiče vylučujú magnetické polia, a preto silno odtláčajú magnety. Majú aplikácie vo vysokorýchlostných výpočtových a iných technológiách. Problém je v tom, že druhy extrémne nízkych teplôt, pri ktorých supravodiče obvykle pracujú, ich robia nepraktickými pre bežné použitie.
Lov bez mapy
Viac ako storočie fyzici hľadajú supravodivosť v teplejších materiáloch. Zistenie supravodivosti je však niečo ako pozoruhodné zlato: Skúsenosti a teórie z minulosti vám môžu povedať, kde by ste ich mali hľadať, ale v skutočnosti nebudete vedieť, kde to je, kým nevykonáte nákladnú a časovo náročnú kontrolu.
"Máte toľko materiálov. Máte obrovský priestor na preskúmanie," uviedla Lilia Boeri, fyzikka z r. Sapienza University v Ríme, ktorá predstavila prácu po tom, ako Hemley preskúmal možnosť supravodičov ešte teplejších ako LaH10, a vysvetlil, prečo sú také podobné materiály supravodivé pri extrémnych tlakoch.
V roku 1986 vedci odkryli keramiku, ktorá bola supravodivá pri teplotách až 30 stupňov nad absolútnou nulou alebo mínus 406 stupňov Fahrenheita (mínus 243 stupňov Celzia). Neskôr, v 90-tych rokoch, sa vedci najprv vážne zaoberali veľmi vysokými tlakmi, aby zistili, či by mohli odhaliť nové druhy supravodičov.
Ale v tom čase Boeri povedal spoločnosti Live Science, že ešte stále nie je dobrý spôsob, ako určiť, či sa materiál ukáže ako supravodivý, alebo pri akej teplote by to urobil, až kým nebude testovaný. V dôsledku toho zostali záznamy kritickej teploty - teploty, pri ktorých sa objavuje supravodivosť - veľmi nízke.
„Teoretický rámec tam bol, ale nemali možnosť ho používať,“ povedal Boeri.
Ďalší veľký prielom nastal v roku 2001, keď vedci ukázali, že diborid horečnatý (MgB2) bol supravodivý pri 39 stupňoch nad absolútnou nulou alebo mínus 389 F (mínus 234 ° C).
„bola dosť nízka,“ povedala, „ale v tom čase to bol zásadný prielom, pretože to ukázalo, že by ste mohli mať supravodivosť s kritickou teplotou, ktorá bola dvakrát tak vysoká, ako sa pôvodne považovalo za možné.“
Drvenie vodíka
Odvtedy sa hon na teplé supravodiče posunul dvoma kľúčovými spôsobmi: Vedci z oblasti materiálov si uvedomili, že ľahšie prvky ponúkajú vzrušujúce možnosti pre supravodenie. Počítačové modely medzitým pokročili do bodu, keď teoretici mohli vopred presne predpovedať, ako by sa materiály mohli správať v extrémnych podmienkach.
Fyzici začali na zjavnom mieste.
„Takže chcete použiť svetelné prvky a najľahší prvok je vodík,“ povedal Boeri. „Problémom však je samotný vodík - nedá sa to urobiť supravodivým, pretože je to izolátor. Ak chcete mať supravodič, musíte ho najprv vyrobiť z kovu. Musíte s ním niečo urobiť a urobiť to najlepšie, čo môžete urobiť stlačí to. “
V chémii je kov takmer akákoľvek zbierka atómov spojených dohromady, pretože sedí vo voľne prúdiacej polievke elektrónov. Väčšina materiálov, ktoré nazývame kovy, ako napríklad meď alebo železo, je kovová pri izbovej teplote a pri príjemnom atmosférickom tlaku. Iné materiály sa však môžu stať kovmi v extrémnejších prostrediach.
Teoreticky je vodík jedným z nich. Ale je tu problém.
„To si vyžaduje oveľa vyšší tlak, ako je možné dosiahnuť pri použití existujúcej technológie,“ uviedol Hemley vo svojom prejave.
Vedci tak nechávajú hľadať materiály obsahujúce veľa vodíka, ktoré budú tvoriť kovy - a dúfajme, že sa stanú supravodivými pri dosiahnuteľných tlakoch.
Boeri povedal, že práve teraz teoretici pracujúci s počítačovými modelmi ponúkajú experimentátorom materiály, ktoré môžu byť supravodiče. A experimentátori vyberajú najlepšie možnosti na vyskúšanie.
Hodnoty týchto modelov sú však limitované, uviedol Hemley. V laboratóriu nie je každá predpoveď.
„V tejto práci je možné výpočty veľmi efektívne, ale je potrebné to urobiť kriticky a nakoniec vykonať experimentálne testy,“ povedal zhromaždeniu.
Hemley a jeho tím „supravodič pre izbovú teplotu“ LaH10 sa javia ako najúžasnejší výsledok tejto novej éry výskumu. Vzorka LaH10, ktorá je rozdrvená na asi miliónnásobok tlaku zemskej atmosféry (200 gigapascalov) medzi bodmi dvoch protilahlých diamantov, sa javí ako supravodivá pri 260 stupňoch nad absolútnou nulou alebo 8 ° F (mínus 13 ° C).
Zdá sa, že ďalší pokus opísaný v tom istom dokumente vykazuje supravodivosť pri 280 stupňoch nad absolútnou nulou alebo 44 ° F (7 ° C). To je chladná teplota miestnosti, ale nie príliš ťažká teplota na dosiahnutie.
Hemley ukončil svoju reč naznačením, že táto vysokotlaková práca by mohla viesť k materiálom, ktoré sú supravodičmi pri vysokých teplotách aj za normálnych tlakov. Materiál, ktorý je pod tlakom, by mohol po uvoľnení tlaku zostať supravodičom. Alebo ponaučenia o chemickej štruktúre získané pri vysokých teplotách môžu poukazovať na cestu k supravodivým nízkotlakovým štruktúram.
Boeri povedal, že by to bol menič hier.
„Táto vec je v podstate základným výskumom. Nemá žiadny význam,“ povedala. „Ale povedzme, že prídete s niečím, čo pracuje pod tlakom, povedzme, 10-krát nižšie ako teraz. Týmto sa otvárajú dvere supravodivým vodičom, iné veci.“
Na otázku, či očakáva, že za svojho života uvidí supravodič na meranie izbovej teploty, nadšene prikývla.
„Určite,“ povedala.
