В продължение на десетилетия учените се опитват на направят свръхпроводник, който да действа на стайна температура. След като най-накрая намират такъв, се оказа, че е нужно огромно налягане. Сега се търси още по-добър материал.
До миналата година всички известни свръхпроводници - материали, които провеждат електричество без съпротивление - трябваше да бъдат охладени до изключително ниски температури, което ги прави непрактични за използване в повечето електронни устройства. През 2020 г. физикът Ранга Диас (Ranga Dias) и екипът му съобщават, че съединение от въглерод, сяра и водород е свръхпроводящо при стайна температура. Но необходимостта от охлаждане е заменена с друго непрактично изискване: материалът трябваше да бъде под чудовищното налягане от 267 гигапаскала, над два милиона пъти атмосферното налягане на Земята.
Сега учените разработват стратегии за облекчаване на налягането, може би дори до атмосферни нива.
Свръхпроводник, който работи при стайна температура и атмосферно налягане, може да бъде интегриран в голямо разнообразие от електронни устройства, позволявайки по-добри компютри и усъвършенствани левитиращи влакове и спестявайки огромни количества енергия в електрическата мрежа.
Но как да намерим свръхпроводници, които работят близо до стайната температура и изискват по-малко налягане?
„Мисля, че сега това е големият въпрос, останал в тази област“, заяви физикът Лилия Боери (Lilia Boeri) от Римския университет „Сапиенца“ на 16 март на онлайн среща на Американското физическо общество.
По време на срещата няколко групи физици съобщават, че са постигнали напредък.
Търсене на свръхпроводници
За да се намери следващия добър свръхпроводник, трябва да се знае откъде да се започне търсенето. Учените използват компютърни изчисления, за да определят теоретично структурите и свойствата на материалите и да насочват търсенето, заяви на срещата от 16 март теоретичният химик Ева Зурек (Eva Zurek). Тази стратегия се е отплащала в миналото.
„Теорията изигра много важна роля като в някои случаи прогнозира структурите, преди да бъдат създадени“, коментира Зурек от Университета в Бъфало.
 Съставът на LaH10 се състои от 10 водородни атома (в розово) за всеки лантанов атом (зелено). Предполага се, че този богат на водород материал проявява свръхпроводимост, доказателствата за което вече са открити. |
Например такива прогнози насочиха изследователите към съединение от лантан и водород, за което през 2018 г. ее установи, че е свръхпроводящо при рекордно високи температури до около –13 ° по Целзий.
Сега прогнозите насочват учените към свръхпроводници, изработени от итрий и водород, съобщава на срещата на APS Диас за работатата си, извършена в сътрудничество със Зурек. Свръхпроводящият при около –11 ° C, итриево-водороден свръхпроводник на Диас е един от най-високотемпературните известни свръхпроводници. Докато свръхпроводникът за въглерод, сяра и водород на Диас все още е рекордьор за висока температура, новият материал изисква значително по-ниско налягане - макар че и налягане от 182 гигапаскала е далеч от атмосферното.
Резултатите се съобщават на 19 март в Physical Review Letters.
В списъка на високотемпературните рекордьори преобладават свръхпроводниците, богати на водород. Чистият водород се очаква да се превърне в метал при високо налягане и да бъде свръхпроводник при стайна температура. Но този метален водород изисква толкова екстремно налягане, че се оказва трудно да се създаде. Чрез добавяне на друг елемент, като лантан или итрий, учените създават свръхпроводници, които функционират подобно на металния водород, но при по-ниско налягане.
С теоретични изчисления вече са изследвани всички комбинации от водород и всеки друг един елемент, търсейки вероятни свръхпроводници.
Новата граница изчислява комбинации от два елемента с водород, като съединението въглерод-сяра-водород, което Диас открива експериментално. Но тази задача представлява допълнително предизвикателство: твърде много двойки елементи, от които да се избира.
И все пак, едно проучване вече предполага, че тази техника ще намери успех в намаляването на налягането.
Физиците използват мощни електрически импулси в машината Z в Националните лаборатории Sandia, за да създадат метален водород за много кратък момент. Кредит: RANDY MONTOYA / SANDIA LABS
Изследване на нови материали
Една комбинация на лантан, бор и водород, могат да бъдат свръхпроводящи при ниско налягане, Боери и екипът й докладват на срещата и в статия публикувана на 22 февруари в arXiv.org. Химичната структура е подобна на тази на свръхпроводника от 2018 г., направен от лантан и водород, където клетка с водородни атоми заобикаля лантанов атом. В новото съединение борните атоми запълват допълнително празнотп пространство около клетката. Това осигурява допълнително химическо налягане, обяснява Боери, което означава, че ако материалът е създаден в лабораторията, той може да запази свръхпроводимостта си, дори когато външното налягане е едва 40 гигапаскала. Предвидената необходима температура е по-ниска - при –147 ° C, но това все още е относително висока температура в сравнение с повечето свръхпроводници.
„Всъщност бяхме доста изненадани, че ще стане по този начин“, споделя Боери. Обикновено химиците очакват борът да образува връзки с водорода, но химията под налягане нарушава нормалните правила.
Ето защо изчисленията са толкова важни при търсенето на свръхпроводници, отбелязва Зурек. Изчислителните методи за търсене на нови материали под налягане могат да открият структури, за които нормалната интуиция, основана на химията при нормални налягания, не би си представила. Базите данни за химическите структури няма да включват тези материали, „нито нашето химическо въображение би могло да си ги представи, преди да ги намери на компютъра“, коментира тя.
В речта си Диас намеква за друг нов материал, открит от неговата група, който е свръхпроводящ при стайна температура и значително по-ниско налягане, около 20 гигапаскала. Но той все още не може да говори за това поради висяща заявка за патент.
Учените са ентусиазирани от новите разработки в изследванията на свръхпроводниците.
„Това е най-вълнуващото нещо, което се случва в момента в науката“, коментира физикът Грейм Акланд (Graeme Ackland) от Университета в Единбург, който модерира една от сесиите на срещата.
Диас предвижда бъдеще, в което продавачите в железарските магазини ще питат:
„Свръхпроводящ проводник ли искате или обикновен проводник? Искаме да стигнем до това ниво.“
Справка:
L. Boeri. Ab-initio design of new high-Tc room-pressure conventional superconductors. American Physical Society March Meeting. March 16, 2021.
E. Zurek. Towards room temperature superconductivity in hydride-based materials under pressure. American Physical Society March Meeting. March 16, 2021.
R.P. Dias. New frontiers in superconductivity: Superhydrides at high pressures. American Physical Society March Meeting. March 18, 2021.
S. Di Cataldo et al. LaBH8: the first high-Tc low-pressure superhydride. arXiv:2102.11227. Posted February 22, 2021.
E. Snider et al. Synthesis of yttrium superhydride superconductor with a transition temperature up to 262 K by catalytic hydrogenation at high pressures. Physical Review Letters. Vol. 126, March 19, 2021, p. 117003. doi: 10.1103/PhysRevLett.126.117003.
Източник: Can room-temperature superconductors work without extreme pressure?, Science News
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари