Физики заявляют о создании сверхпроводника в условиях, близких к температуре окружающей среды
Немногие открытия в науке произвели бы такую революцию в технологиях, как материал, который достигает сверхпроводимости при комнатной температуре и при относительно умеренном давлении.
Группа физиков во главе с Ранга Диасом, физиком из Рочестерского университета в Нью-Йорке теперь утверждает, что они, возможно, взломали его, демонстрируя редкоземельный металл под названием лютеций в сочетании с водородом и азотом может без сопротивления проводить электричество при температуре 21 градус Цельсия (70 градусов по Фаренгейту) и давлении всего около 10 000 атмосфер span>команда сообщает.
Это может показаться неприемлемо высоким уровнем давления, но исследователи отмечают, что В настоящее время в инженерных процессах, таких как производство микросхем, в настоящее время используются еще более высокие давления, поэтому это достижимо за пределами специализированной лаборатории.
Если это подтвердят другие исследователи, это станет огромным прорывом в создании устройств, которые не тратят энергию на тепло при производстве тока.
В идеале это можно было бы однажды использовать для создавать более эффективные компьютеры; более быстрые поезда на магнитной подвеске без трения; превосходная рентгеновская технология; и даже более мощные ядерные термоядерные реакторы.
«С этим материалом наступил рассвет сверхпроводимости в окружающей среде и прикладных технологий», — говорится в пресс-релизе команды.
Исследователи назвал материал «красной материей» из-за того, что материал резко меняет цвет с синего на розовый, когда становится сверхпроводящим, а затем на красный, когда становится несверхпроводящим металлом.
Прежде чем вы слишком взволнованы, имейте в виду что пока это всего лишь одна группа исследователей, которая делится своими наблюдениями. Данные были опубликованы в престижном журнале Nature и наверняка вызовут множество споров. В мире физики уже существует много здорового скептицизма.
Одно из основных опасений заключается в том, что эта же группа исследователей опубликовала заявления об аналогичном открытии сверхпроводников при комнатной температуре еще в 2020 году. Это заявление было позже отозван Nature из-за проблем с воспроизводимостью и вопросов по данным.
Сверхпроводимость имеет такое большое значение, потому что обычно, когда электричество течет по проводам, скажем, от электростанции до вашего дома или через внутреннюю схему вашего смартфона — это встречает трение. Это сопротивление приводит к потере энергии в виде тепла.
Еще в 1911 году исследователи обнаружили некоторые материалы, которые теряли это сопротивление при сильном холоде и высоком давлении.
В этих экстремальных условиях , квантовое поведение электронов внутри сверхпроводников усиливается, что позволяет им образовывать так называемые куперовские пары, позволяя им путешествовать через материал с идеальной эффективностью.
Сверхпроводимость относительно легко обнаружить, поскольку она также приводит к материал, излучающий поля магнитного потока.
Но добиться сверхпроводимости материалов при температурах и уровнях давления, которые были бы эффективными и практичными, было невероятно сложно, над чем физики работали десятилетиями.
Команда из Университета Рочестера утверждает, что теперь им удалось приблизиться к этому с помощью красного вещества.
Для создания материала исследователи разработали газовую смесь, состоящую из 99 процентов водорода и 1 процента азот. Оставленные в камере с лютецием на несколько дней при температуре 200 градусов Цельсия, компоненты прореагировали, образовав поразительное синее соединение.
Затем команда поместила материал в алмазную наковальню, которая используется для помещения материалов в экстремальные условия. давление.
По мере увеличения давления материал претерпел «заметную визуальную трансформацию», изменив свой цвет с синего на розовый, поскольку он стал сверхпроводящим, что команда подтвердила, измерив как магнитные поля вокруг материала, так и его электропроводность.
По мере того, как давление продолжало нарастать, материал становился ярким красного цвета, проходя через свою сверхпроводящую фазу и переходя в несверхпроводящее металлическое состояние.
Красная материя проявляла сверхпроводимость при температуре около 21 градуса Цельсия (70 по Фаренгейту) при сжатии до давления 145 000 фунтов на квадратный дюйм
. p>
Это по-прежнему примерно в 10 000 раз превышает давление земной атмосферы, поэтому для его практического использования все равно потребуются соответствующие конструкции и оборудование. Маловероятно, что в ближайшее время он наделит ваш телефон сверхспособностями.
Но это значительно более низкое давление, чем у других кандидатов в сверхпроводники при комнатной температуре, для которых требуется давление, в миллионы раз превышающее атмосферное.
Один из большая проблема сейчас заключается в том, что исследователи не полностью уверены в точной структуре красного вещества. Это затрудняет понимание того, как он становится сверхпроводящим.
Есть признаки того, что он может достигать сверхпроводимости с помощью механизма, отличного от других сверхпроводников, физики Чан Цин Цзинь и Дэвид Сеперли, которые не участвовали в исследовании. примечание в сопроводительной статье Nature New и Views.
«[Структурная модель]… предполагает, что в образцах авторов относительно мало водорода по сравнению с аналогичными сверхпроводящими соединениями», — пишут они.
p>
«Потребуются дальнейшие исследования, чтобы подтвердить, что [данный] материал является высокотемпературным сверхпроводником, а затем понять, управляется ли это состояние индуцированными вибрацией куперовскими парами или нетрадиционным механизмом, который еще предстоит изучить. быть раскрыты.»
Диас признает, еще многое предстоит понять о том, как красная материя достигает сверхпроводимости. Но он по-прежнему настроен оптимистично: красное вещество — важный первый шаг, даже если оно не станет лучшим сверхпроводником.
«В повседневной жизни у нас есть много разных металлов, которые мы используем для разных целей. приложений, поэтому нам также потребуются различные виды сверхпроводящих материалов, — сказал Диас.
— Путь к сверхпроводящей бытовой электронике, линиям передачи энергии, транспорту и значительным улучшениям магнитного удержания для термоядерного синтеза теперь стал реальностью. », — добавил он.
«Мы считаем, что сейчас мы находимся в современной эре сверхпроводимости».
Исследование опубликовано в Nature.
