С момента своего открытия более века назад сверхпроводимость стала играть важную роль во многих современных технологиях, таких как поезда на магнитной подушке и сканирование МРТ, но ее полезность была ограничена необходимостью чрезвычайно низких рабочих температур. Сейчас ученые заявляют о большом прорыве в этой области, создав, по их словам, первый материал, способный к сверхпроводимости при комнатной температуре.
Работу возглавил Ранга Диас (Ranga Dias) из Университета Рочестера, и она направлена на преодоление одного из основных препятствий на пути расширения использования сверхпроводящих материалов. Эти материалы не обладают электрическим сопротивлением и излучают магнитное поле, но поскольку они обычно работают только при температурах ниже -140°C, для их обслуживания требуется дорогостоящее оборудование.
«Из-за пределов низких температур материалы с такими необычными свойствами не совсем изменили мир так, как многие могли себе представить», - говорит Диас. «Однако наше открытие разрушит эти барьеры и откроет дверь для многих потенциальных приложений».
Диас описывает сверхпроводимость при комнатной температуре как «святой Грааль» Физики конденсированного состояния (это область физики, которая занимается исследованиями макроскопических и микроскопических свойств вещества), и в исследовании, опубликованном на этой неделе, его команда сделала значительный шаг к этой цели. Исследователи потратили годы на эксперименты с различными материалами в поисках сверхпроводников при комнатной температуре, таких как оксиды меди и химические вещества на основе железа, но Диас и его команда добились успеха именно с широко распространенным водородом.
«Чтобы иметь высокотемпературный сверхпроводник, вам нужны более прочные связи и легкие элементы», - говорит он. «Это два основных критерия. Водород - самый легкий материал, а водородная связь - одна из самых прочных».
Одним из недостатков этого подхода является то, что чистый водород может быть преобразован в металлическое состояние только при чрезвычайно высоких давлениях, поэтому команда вместо этого обратилась к альтернативным материалам, которые богаты водородом, но сохраняют желаемые сверхпроводящие свойства и могут быть металлизированы при гораздо более низких давлениях.
Формула победы включает смесь водорода, углерода и серы, которая была использована для синтеза органического происхождения углеродистого гидрида серы в исследовательском устройстве высокого давления, называемом ячейкой с алмазной наковальней. Этот углеродистый гидрид серы продемонстрировал сверхпроводимость при температуре около 14,5°C и давлении около 39 миллионов фунтов на квадратный дюйм.
«Мы живем в обществе полупроводников, и с помощью такого рода технологий вы можете превратить общество в сверхпроводящее общество, где вам больше никогда не понадобятся такие вещи, как батареи», - говорит Ашкан Саламат (Ashkan Salamat) из Университета Невады в Лас-Вегасе, соавтор исследования.
Некоторые из применений для этого типа материала включают более эффективные электрические сети, которые передают электричество без больших потерь, вызванных сопротивлением в современных проводах, более мощные поезда на магнитной подвеске или другие футуристические транспортные решения, а также улучшенные технологии медицинской визуализации.
Однако, прежде чем что-либо из этого произойдет, команда будет работать над решением одной проблемы с текущим подходом, а именно огромным давлением, необходимым для создания материала внутри ячейки алмазной наковальни.
Исследователи говорят, что разработка способа производства сверхпроводящего материала при гораздо более низких давлениях будет ключом к производству его в полезных количествах по разумной цене. Они также отмечают, что точная настройка состава ингредиентов может обеспечить сверхпроводимость при еще более высоких температурах.
Вы можете услышать, как Диас объясняет свое открытие на видео ниже, а исследование было опубликовано в журнале Nature.
Первый в мире сверхпроводник при комнатной температуре.
Источник: New Atlas / University of Rochester
