Прорив у фізиці. Вчені вперше досягли надпровідності за кімнатної температури

 У США була досягнута нова важлива віха у вивченні надпровідності: фізики досягли протікання електричного струму без опору за кімнатної температури — +15 градусів за Цельсієм.

Це побило попередній рекорд — -23 градуси за Цельсієм, що є величезним кроком вперед у використанні цього явища за межами лабораторії, впевнені автори відкриття.

«Через низькі температури матеріали з такими незвичайними властивостями не змінили світ так, як багато хто міг собі уявити. Однак наше відкриття зруйнує ці бар'єри і відкриє двері для багатьох потенційних застосувань цього явища», — заявив фізик Рангу Діас з Університету Рочестера.

Надпровідність була вперше відкрита в 1911 році, і відтоді це явище і його застосування стало метою багатьох фізиків.

Надпровідність складається з двох основних властивостей. Перша — нульовий опір. Зазвичай електричний струм зустрічає певний рівень опору. Чим вища провідність матеріалу, тим менший у нього електричний опір, і струм може текти вільніше.

Друга — це ефект Мейснера, при якому магнітні поля надпровідного матеріалу видаляються. Це змушує силові лінії магнітного поля переміщатися навколо матеріалу. Якщо над надпровідним матеріалом помістити невеликий постійний магніт, сила відштовхування цих силових ліній магнітного поля змусить його левітувати.

Потенційні застосування надпровідності можуть спричинити революційні зміни в нашому світі — від транспорту на магнітній підвісці до передачі даних і електричних мереж без втрат.

Але є велика проблема. Надпровідні матеріали зазвичай створюються і зберігаються тільки за надзвичайно низьких температур, набагато нижчих за ті, які зустрічаються в природі. Зберігати матеріали за цих температур складно і дорого.

Принципово новий тип високотемпературних надпровідників був відкритий в середині 2010-х років: виявилося, що при екстремально високих тисках — понад 1 мільйон атмосфер — гідриди багатьох елементів залишаються в надпровідному стані до дуже високих температур. Так, кілька років матеріалом з найвищою критичною температурою був сірководень складу H3S, а рекорд переходу належав гідриду лантану LaH10.

«Щоб мати високотемпературний надпровідник, вам потрібні більш міцні зв’язки і легкі елементи. Це два основних критерії. Водень — найлегший матеріал, а водневий зв’язок — один з найміцніших. Теоретично твердий металевий водень має високу температуру Дебая і сильний електронно-фотонний зв’язок, який необхідний для надпровідності за кімнатної температури», — сказав Діас.

Оскільки чистий металевий водень може бути створений тільки при екстремальному тиску, домогтися потрібних умов вкрай складно. Наступним найкращим варіантом є речовина, яка багата воднем, приміром, сірководень і гідрид лантану, використані в попередніх експериментах. Вони імітують надпровідні властивості чистого металевого водню при набагато нижчому тиску.

Група фізиків на чолі з Еліотом Снайдером з Університету Рочестера спробувала об'єднати водень з ітрієм, щоб створити супергідрид ітрію. Цей матеріал продемонстрував надпровідність при -11 градусах за Цельсієм під тиском 180 гігапаскалів.

Потім Снайдер і його команда спробували об'єднати вуглець, сірку і водень для створення вуглець гідриду сірки. Вони затиснули крихітний зразок в алмазному ковадлі і виміряли його на надпровідність. І вони знайшли її при 270 гігапаскалів і 15 градусах Цельсія.

Очевидно, що до застосування технології у звичайному житті ще далеко. Розміри зразків були мікроскопічними, від 25 до 35 мікронів, а тиск, при якому виникала надпровідність, все ще був непрактично великим.

Наступним кроком у дослідженні буде спроба знизити необхідний високий тиск за рахунок хімічного складу зразка. Дослідники вважають, що якщо їм вдасться правильно приготувати суміш, надпровідник, що працює за кімнатної температури й тиску навколишнього середовища, нарешті буде в наших руках.

Джерело