Постигнат нов важен етап по пътя към "Свещения Граал" на физическите изследвания на свръхпроводимостта.

Проектиран е материал, който провежда електричество с нулево съпротивление при стайна температура - +15 градуса по Целзий. За съжаление изисква и невъобразимо високо налягане.

Това счупи предишния рекорд от -23 градуса по Целзий, което е огромна стъпка напред в използването на това явление извън лабораторията, уверени са авторите на откритието.

До 1911 г. се смяташе, че всички вещества имат съпротивление при преминаването на електричество, като част от него превръщат в топлина. Съпротивлението на повечето материали пада с температурата, но откритието, че за някои то изведнъж пада до нула близо до абсолютната нула, наречено свръхпроводимост, бе шокиращо.

Друго интересно свойство на свръхпроводящите материали е ефектът на Майснер, при който магнитните полета се неутрализират вътре в свръхпроводящия материал. Това кара линиите на магнитното поле да се преместят около материала. Ако върху свръхпроводящ материал се постави малък постоянен магнит, силата на отблъскване на тези силови линии на магнитното поле ще доведе до неговото левитиране.

^{Ефектът на Майснер. Wikimedia Common}

Ако свръхпроводимост при стайна температура може да се постигне, това ще направи революция в електрическата ефективност, значително ще подобри функционирането на енергийните мрежи, високоскоростния трансфер на данни и електрическите двигатели.

През 1986 г. светът на физиката отново бе развълнуван от откритието, че някои керамични изделия стават свръхпроводящи при високи температури, което донесе една от най-бързите Нобелови награди за физика в историята (веднага на следващата година). „Висока температура“ в тази област поле обаче не означава стайна температура, а всичко над -196,2 ° C, точката на кипене на азота.

В продължение на 34 години учените се приближават все по-близо до целта за свръхпроводници при температури, които са близки на нормалната ни среда.

В средата на 2010-те беше открит принципно нов тип високотемпературни свръхпроводници - оказа се, че при изключително високо налягане - над 1 милион атмосфери - хидридите на много елементи остават в свръхпроводящо състояние до много високи температури. По този начин в продължение на няколко години материалът с най-висока критична температура е сероводород със състав H₃S, а рекордът за преход се поддържа от лантанов хидрид LaH₁₀.

Сега д-р Ранга Диас (Ranga Dias) от Университета в Рочестър е направил точно това. 

В статия, публикувана в Nature, Диас описва, че при налягане от 2.5 милиона атмосфери и часове лазерни импулси за вливане на водород в равни количества въглерод и сяра, за да се получи материал, който свръхпроводящ при 15 ° C. За съжаление това налягане може да се постигне само чрез изстискване на малки количества материал между два диаманта.

"За да има високотемпературен свръхпроводник са нужни поздрави връзки и леки елементи. Това са двата основни критерия. Водородът е най-лекият материал, водородната връзка е една от най-здравите. Теоретично твърдият метален водород има по-висока температура на Дебай [температура, под която съществено значение имат квантовите ефекти] и силна електрон-фононна връзка, която е необходима за свръхпроводимост при стайна температура", обяснява Диас.

Тъй като чистят метален водород може да се създаде само при екстремно налягане, е много трудно да се постигнат нужните условия.

Следващият най-добър вариант е вещество, което е богато на водород, като сероводород и лантанов хидрид, използвани в предишни експерименти. Те имитират свръхпроводящите свойства на чистия метален водород при много по-ниско налягане.

^{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.}

Екипът физици от Университета в Рочестър се опитват да комбинират водород с итрий, за да създадат итриев суперхидрид. Този материал е демонстрирал свръхпроводимост при -11 градуса по Целзий под налягане от 180 гигапаскала.

След това физиците се опитват да комбинират въглерод, сяра и водород, за да създадат съдържащ въглерод серен хидрид. Те затискат малък образец в диамантена наковалня и откриват свръхпроводимост при 270 гигапаскала и 15 градуса по Целзий.

Очевидно е, че технологията все още е далеч от използване в ежедневието. Размерите на пробите са микроскопични, вариращи от 25 до 35 микрона, а налягането, при което се получава свръхпроводимост, все още е непрактично огромно.

Следващата стъпка от изследването ще бъде насочена към това, да се намали необходимото високо налягане за сметка на химичния състав на пробата. Изследователите смятат, че ако успеят да подготвят правилно сместа, ще успеят да получат свръхпроводник, работещ при стайна температура и нормално налягане.

Диас очаква скоро още подобни постижения.

„Поради ограниченията на ниските температури материалите с такива необикновени свойства не са променили напълно света по начина, по който мнозина мечтаят. Нашето откритие обаче ще разруши тези бариери и ще отвори вратата за много потенциални приложения“, заявява изследователят .

Обнадеждаващо е, че свръхпроводниците на Диас не изискват редки или скъпи компоненти. 

Справка: Room-temperature superconductivity in a carbonaceous sulfur hydride
Elliot Snider, Nathan Dasenbrock-Gammon, Raymond McBride, Mathew Debessai, Hiranya Vindana, Kevin Vencatasamy, Keith V. Lawler, Ashkan Salamat & Ranga P. Dias
Nature volume 586, pages373–377(2020), DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2801-z

Източник: Room-Temperature Superconductivity Has Been Achieved After 109 Years – With A Catch, IFLScience

Още по темата

21/07/2019

Физика

Проф. Пиетрала за свръхпроводимостта и бъдещето на преноса на електроенергия

27/05/2019

Физика

Нов рекорд за свръхпроводник при най-висока температура

18/01/2019

Физика

Достигната е свръхпроводимост при почти стайна температура - минус 13° C

14/12/2018

Физика

Рекорд: Ток без загуби при температури от минус 23 градуса по Целзий