"Úgy gondoljuk, hogy ez a szupravezető képesség új korszaka" - mondta Russell Hemley, a washingtoni Washington DC egyetemi anyagtudós, az amerikai fizikai társaság március 4-i találkozóján a kutatók tömegére.
A képek megvilágították a képernyőt mögötte: vázlatosan ábrázolják az apró dolgokat az ellenkező gyémántok szuperkemény pontjai között, a hőmérséklet és az elektromos ellenállás grafikonjai, egy izzó gömb, amelynek durva, fekete "X" betűje átvágott a közepére.
Ez az utolsó kép maga az új korszak megtestesítője volt: egy apró lantán-szuperhidrid (vagy LaH10) mintát préseltek hasonló nyomáshoz, mint amit a Föld magjában találtak, és lézerrel hevítették az új-angliai élénk tél későbbi napjának közeledő hőmérsékletre. . (Ez a hőkezelés a szupervezetőképesség kutatásának szabványaival, amelyet általában szélsőséges laboratóriumi hidegben végeznek.) Ilyen körülmények között Hemley és csapata úgy találta, hogy a LaH10 megállítja az atomok közötti elektronok mozgásának ellenállását. Nyilvánvalóvá válik, amikor Hemley az APS-beszélgetésében és a Physical Review Letters folyóiratban január 14-én megjelent cikkben "szobahőmérsékleti szupravezetőnek" nevezte.
Fagyasztott tudomány
Heike Kamerlingh Onnes holland fizikus 1911-ben fedezte fel, hogy rendkívül alacsony hőmérsékleten bizonyos anyagok szokatlan elektromos tulajdonságokkal rendelkeznek.
Normál körülmények között egy vezető anyagon (például egy rézhuzalon) áthaladó elektromos áram bizonyos mértékű intenzitást veszít az út során. Még azok a nagyon jó vezetők, amelyeket az elektromos hálózatokban használunk, nem tökéletesek és nem jutnak el minden energiát az erőműtől a fali aljzathoz. Néhány elektron csak eltéved az út mentén.
De a szupravezetők különböznek. A szupravezető vezeték hurkába bevezetett elektromos áram örökké köröz, veszteség nélkül. A szupravezetők kiszorítják a mágneses tereket, és ezért erőteljesen tolják el a mágneseket. Van alkalmazásuk a nagy sebességű számítástechnikában és más technológiákban. A probléma az, hogy az a rendkívül alacsony hőmérséklet, amelyen a szupravezetők általában működnek, gyakorlatilag nem gyakorlatba vezethetők.
Vadászat térkép nélkül
A fizikusok több mint egy évszázadon keresztül vadásztak a melegebb anyagok szupravezető képességére. De a szupravezető képesség megkeresése kissé hasonlít az arany megtámadására: A múltbeli tapasztalatok és elméletek tágabban megmondhatják, hogy hol kell keresni, de valójában nem fogja tudni, hol van, amíg el nem végezte a drága, időigényes ellenőrzési munkát.
"Nagyon sok anyagod van. Nagyon sok tereted van a felfedezéshez" - mondta Lilia Boeri, a római Sapienza Egyetem fizikusa, aki Hemley után bemutatta munkáját, amelyben a LaH10-nél még melegebb szupravezetők lehetőségét vizsgálta, és elmagyarázta, miért ilyenek az ilyen anyagok. szupravezető szélsőséges nyomáson.
A kutatók 1986-ban fedezték fel azokat a kerámiákat, amelyek szupravezetőek voltak akár 30 fokos abszolút nulla felett, vagy akár mínusz 406 fok (mínusz 243 Celsius fok) fölött. Később, az 1990-es években, a kutatók először komolyan vizsgálták a nagyon magas nyomást, hogy kiderüljenek-e új típusú szupravezetők.
De akkor, amikor Boeri elmondta a Live Science-nek, még mindig nem volt jó módszer annak meghatározására, hogy egy anyag szupravezetőké válik-e, vagy milyen hőmérsékleten fogja megtenni, amíg tesztelik. Ennek eredményeként a kritikus hőmérsékleti rekordok - azok a hőmérsékletek, amelyeknél a szupravezető képesség megjelenik - nagyon alacsonyak maradtak.
"Az elméleti keret ott volt, de nem tudták használni." - mondta Boeri.
A következő nagy áttörés 2001-ben történt, amikor a kutatók kimutatták, hogy a magnézium-diborid (MgB2) szupravezető volt az abszolút nulla feletti 39 foknál, vagy mínusz 389 F (mínusz 234 C) fölött.
"elég alacsony volt" - mondta a nő -, de abban az időben nagy áttörés volt, mert azt mutatta, hogy szupravezető képessége lehet olyan kritikus hőmérsékleten, amely kétszer olyan magas, mint amit korábban feltételeztek.
Zúzza a hidrogént
Azóta a meleg szupravezetők vadászata két kulcsfontosságú módon változott: Az anyagtudósok rájöttek, hogy a könnyebb elemek csábító lehetőségeket kínálnak a szupravezetés számára. Eközben a számítógépes modellek annyira előrehaladtak, hogy az elméleti tudósok előre előre tudhatták, miként viselkednek az anyagok extrém körülmények között.
A fizikusok a nyilvánvaló helyen kezdtek.
"Tehát könnyű elemeket akar használni, és a legkönnyebb elem a hidrogén" - mondta Boeri. "De a probléma maga a hidrogén - ezt nem lehet szupravezetővé tenni, mert szigetelő. Tehát ahhoz, hogy legyen egy szupravezető, először fémből kell készítenie. Meg kell tennie valamit, és a legjobb, amit tehet. megszorítja. "
A kémiában a fém nagyjából minden olyan atomgyűjtemény, amely össze van kötve, mert egy szabadon áramló elektronlevesben ülnek. A legtöbb anyag, amelyet fémeknek nevezünk, mint például a réz vagy a vas, szobahőmérsékleten és kényelmes légköri nyomáson fémből készül. De más anyagok válhatnak fémekké extrém környezetben.
Elméletileg a hidrogén az egyik. De van egy probléma.
"Ehhez sokkal nagyobb nyomás szükséges, mint amit meglévő technológiával lehet megtenni" - mondta Hemley beszédében.
Ez lehetővé teszi a kutatók számára, hogy sok hidrogéntartalmú anyagot keressenek, amelyek fémeket képeznek - és remélhetőleg szupravezetővé válnak elérhető nyomások mellett.
Boeri szerint a számítógépes modellekkel foglalkozó elméleti szakemberek jelenleg kísérleti szakemberek anyagát kínálják, amelyek szupravezetők lehetnek. És a kísérletezők kiválasztják a legjobb lehetőségeket kipróbálásra.
E modellek értékére azonban korlátozottak vannak - mondta Hemley. Nem minden előrejelzés tűnik ki a laboratóriumban.
"A számítások nagyon hatékonyan használhatók ebben a munkában, de ezt kritikusan kell elvégezni, és végül kísérleti teszteket kell végezni" - mondta az összegyűlt tömegnek.
Hemley és csapata "szobahőmérsékleti szupravezetője", a LaH10 a legizgalmasabb eredmény a kutatás új korszakában. A Föld légköri nyomásának körülbelül egymilliószorosára (200 gigapaszkal) összetörve a két ellenkező gyémánt pontja között, a LaH10 mintája szupravezetővé válik az abszolút nulla feletti hőmérsékleti hőmérsékleten (260 ° C) vagy 8 F (mínusz 13 ° C) fölött.
Az ugyanabban a cikkben ismertetett kísérlet egy másik menete úgy tűnt, hogy szupravezető képességet mutat, 280 fokkal az abszolút nulla felett, vagy 44 F (7 ° C) fölött. Ez hideg szobahőmérséklet, de a hőmérsékletet nem túl nehéz elérni.
Hemley beszédét azzal fejezte be, hogy arra utal, hogy az úton ez a nagynyomású munka olyan anyagokhoz vezethet, amelyek szupravezetők mind meleg hőmérsékleten, mind normál nyomáson. Lehet, hogy egy anyag nyomás alá helyezése után a nyomás felszabadulása után szupravezető maradhat - mondta. Vagy talán a magas hőmérsékleten megtanultak a kémiai szerkezetről, és megmutathatják az utat a szupravezető alacsony nyomású struktúrákhoz.
Ez játékváltó lenne - mondta Boeri.
"Ez a dolog alapvetően alapkutatás. Nincs alkalmazható" - mondta. "De tegyük fel, hogy olyan valamivel áll elő, amely nyomás alatt működik, mondjuk, tízszer alacsonyabb, mint most. Ez megnyitja az ajtót a szupravezető vezetékek és más dolgok számára."
Arra a kérdésre, vajon vár-e szobahőmérsékleti, szobanyomású szupravezetőt életében, lelkesen bólintott.
- Természetesen - mondta.
