Первый сверхпроводник, работающий при комнатной температуре
Работа, которую возглавил Ранга Диас из Университета Рочестера, направлена на преодоление одного из основных препятствий на пути повсеместного использования сверхпроводящих материалов. Такие 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 так и не изменили мир, как многие представляли себе. Однако наше открытие разрушит эти барьеры и откроет дверь для многих потенциальных приложений сверхпроводников», — уверяет Диас.
Диас описывает сверхпроводимость при комнатной температуре как «святой Грааль» физики конденсированного состояния, и в исследовании, опубликованном на этой неделе, его команда сделала значительный шаг к этой цели. Ученые потратили годы на эксперименты с различными материалам, такими как оксиды меди и химические вещества на основе железа. Но в итоге Диас и его команда добились успеха именно с одним из самых широко распространенных веществ — водородом.
«Чтобы получить высокотемпературный сверхпроводник, вам нужны более прочные связи и легкие элементы», — рассказал ученый. «Это два основных критерия. Водород — самый легкий материал, но 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 обратилась к альтернативным материалам, которые богаты водородом, но сохраняют желаемые сверхпроводящие свойства и могут быть металлизированы при гораздо более низких давлениях.
Формула успеха включает смесь водорода, углерода и серы, которая была использована для синтеза углеродсодержащего гидрида серы органического происхождения в исследовательской камере высокого давления, называемом ячейкой с алмазной наковальней. Этот углеродистый гидрид серы продемонстрировал сверхпроводимость при температуре около 14,5 ° C и давлении около 268 895 Мпа.
«Сегодня мы живем в обществе полупроводников, но с помощью такого рода технологий можно достичь уровня сверхпроводников, где вам больше никогда не понадобятся такие вещи, как батареи», — уверяет Ашкан Саламат из Университета Невады в Лас-Вегасе, соавтор исследования.
Некоторые из применений для этого типа материала включают, к примеру, более эффективные электрические сети, передающие энергию без больших потерь, вызванных сопротивлением в современных проводах, а также более мощные поезда на магнитной подвеске или другие футуристические виды транспорта.
Однако, прежде чем что-либо из этого произойдет, команда будет работать над решением главной проблемы: огромным давлением, необходимым для создания материала внутри ячейки алмазной наковальни. Исследователи говорят, что разработка способа создания сверхпроводящего материала при гораздо более низких давлениях будет ключом к производству его в полезных количествах по разумной цене.