Tajemnice nadprzewodnictwa

Związek wodoru, węgla i siarki przełamał dotychczasową zasadę w dziedzinie nadprzewodnictwa. Pierwszy nadprzewodnik w temperaturze pokojowej fascynuje naukowców.

Do tej pory nadprzewodnictwo kojarzyło się z procesem osiąganym w  niskiej temperaturze. Jednak najnowsze odkrycie naukowców z USA przełamało tę symboliczną barierę. Obecny rekord wyniósł około 15 ° C, a tajemniczy materiał wydaje się przewodzić elektryczność bez żadnych ograniczeń. Jak to możliwe?

Fotowoltaika od Columbus Energy

Nadprzewodniki mają wiele  technologicznych zastosowań – można użyć ich w wielu mechanicznych urządzeniach, od rezonansu magnetycznego, po wieże telefonii komórkowej. Branża energii odnawialnej również eksperymentuje z nadprzewodnikami, aby stworzyć wysokowydajne generatory turbin wiatrowych. Powszechnie nadprzewodniki działają pod dużym ciśnieniem i w niezwykle niskiej temperaturze. Nawet materiały na bazie tlenku miedzi działają tylko poniżej 133 kelwinów, czyli aż -140 ° C! 

Odkrycie nadprzewodników działających w temperaturze pokojowej może mieć ogromny wpływ na technologie elektroniczne, sprzęty mogą działać dużo szybciej bez przegrzewania.

Enigmatyczne kwanty

Najnowsze badanie dostarcza naukowcom przekonywujących dowodów na możliwości przewodnictwa w wysokich temperaturach. Fizyk Michaił Eremets z Instytutu Chemii Maxa Plancka w Moguncji w Niemczech komentuje to zjawisko:

Chciałbym zobaczyć więcej rzetelnych danych, które potwierdzają to, co zacząłem badać w 2015 roku. To obiecujący eksperyment.

Wtedy jego grupa badawcza przeprowadziła eksperymenty nad pierwszym nadprzewodnikiem wysokociśnieniowym i wysokotemperaturowym, składającym się ze związku wodoru i siarki o zerowej oporności do -70 ° C.

Jednak dopiero w 2018 roku zaobserwowano, że to związek trzech pierwiastków pozwala eksplorować arcyciekawe prawa fizyki. Dodanie trzeciego elementu znacznie poszerza pole manewru, które można uwzględnić w przyszłych eksperymentach nad nadprzewodnictwem.

Współautor badania Ashkan Salamat, fizyk z University of Nevada w Las Vegas, komentuje wspólne odkrycie: – Otworzyliśmy zupełnie nowy region eksploracji.

Kwestią problematyczną podczas eksperymentowania z nadprzewodnictwem jest zazwyczaj ekstremalnie wysokie ciśnienie. Obecnie naukowcy zajmujący się materiałami wysokociśnieniowymi mogą redukować ten poziom, dzięki wyborowi trzeciego i czwartego pierwiastka. Maddury Somayazulu, naukowiec zajmujący się materiałami wysokociśnieniowymi w Argonne National Laboratory twierdzi, że materiały bogate w wodór mogą nadprzewodzić w temperaturach znacznie wyższych, niż sądzono. Do tej pory wodór nie był tak popularnym trzecim elementem.

Eksperyment

Naukowcy z Nowego Jorku umieścili mieszaninę węgla, wodoru i siarki w mikroskopijnej niszy, którą wyrzeźbili między końcami dwóch diamentów. Następnie wywołali reakcję chemiczną w próbce za pomocą światła laserowego. Obniżali stopniowo temperaturę, prąd przepływający przez materiał spadł do zera, a sama próbka stała się nadprzewodnikiem.

Następnie zwiększyli ciśnienie i odkryli, że zjawisko zaczęło zachodzić w coraz to większych temperaturach. Naukowcy przeprowadzili symulacje komputerowe wysokociśnieniowych mieszanin węgla, wodoru i siarki. 

Jestem pewna, że ​​po opublikowaniu tego doświadczenia wielu naukowców eksperymentalnych zajmie się tym zjawiskiem – komentuje Eva Zurek, chemik obliczeniowy z State University of New York.

Żródło: scientificamerican.com/