Только что был сделан новый крупный шаг в поисках сверхпроводимости. Впервые физики разработали электрический ток, не встречающий сопротивления при комнатной температуре.
Сверхпроводимость, впервые обнаруженная в 1911 году, является яростно преследуемой целью в физике. Её принцип заключается в том, чтобы не оказывать сопротивления электрическому току и не попадать под магнитные поля (эффект Мейснера). Тогда её достижение ознаменовало бы новую эру: электромагнитов, транспортировки и хранения энергии или метаматериалов с невероятными свойствами. Тем не менее есть одна загвоздка.
Действительно, мы уже несколько лет способны создавать сверхпроводящие материалы, но только при охлаждении до экстремальных температур, значительно ниже нуля. Проблема в том, что поддержание этих материалов при таких температурах сложно и особенно дорого.
Поэтому один из Священных Граалей современной физики должен был бы быть способен разрабатывать и поддерживать сверхпроводящие материалы, но при температуре окружающей среды. Новый шаг в этом направлении только что был сделан исследователями Американского университета Рочестера.
Сверхпроводимость при 14,5 °C
В последние годы физик Ранга Диас и его команда постоянно экспериментировали с различными материалами, такими как оксиды меди и химические вещества на основе железа. Однако именно с водородом, широко распространенным во Вселенной, исследователи нашли «правильную формулу».
«Чтобы иметь высокотемпературный сверхпроводник, вам нужны прочные связи и легкие элементы», — объясняет Ранга Диас. «Это два основных критерия. Водород — самый легкий материал, а водородная связь — одна из самых прочных».
Одним из недостатков этого подхода является то, что чистый водород может быть преобразован в металлическое состояние только при экстремальных давлениях. Таким образом, команда предпочла обратиться к альтернативным материалам, богатым водородом, которые можно металлизировать при гораздо более низких давлениях, сохраняя при этом свои сверхпроводящие свойства.
«Формула победы» в конечном итоге включает смесь водорода, углерода и серы, которая используется для синтеза органического углеродистого гидрида серы в исследовательском аппарате высокого давления, называемом алмазной наковальней.
В журнале Nature исследователи утверждают, что этот углеродистый гидрид серы продемонстрировал сверхпроводимость при температуре около 14,5 °C и давлении около 39 миллионов фунтов на квадратный дюйм (почти 2,7 миллиона бар). Для информации, предыдущий рекорд сверхпроводимости был достигнут в прошлом году при -23 °C.
«Из-за температурных ограничений материалы с такими необычными свойствами еще не изменили мир, как многие могли себе представить», — продолжает исследователь в пресс-релизе. «Тем не менее наше открытие сбросит эти барьеры и откроет двери для многих потенциальных применений».
Лаборатория сверхпроводимости. Предоставлено: Адам Фенстер.
Решение проблем давления
Еще не все выиграно. Хотя с температурной точки зрения действительно был достигнут огромный прогресс, этот новый подход все еще требует монументального давления внутри алмазной наковальни.
Поэтому исследователям придется работать над решением этой проблемы. Поиск способа создания сверхпроводящих материалов при гораздо более низких давлениях действительно будет существенным для их производства в достаточных количествах и по разумной цене.
Источник:
