Сверхпроводимость при комнатной температуре — но давлении как в центре Земли

Сверхпроводящее состояние вещества в первый раз достигнуто при комнатной температуре. Фотохимически синтезированное трёхкомпонентное соединение C — S — H становится сверхпроводником при температуре прямо до 15˚C, но при давлении в миллионы атмосфер. Такое давление удаётся развить лишь в лабораторном опыте, вырастив кристаллическое соединение в микроячейке алмазного пресса.

Статья, размещенная в октябре 2020 года в Nature, обрисовывает новое достижение в экспериментальном исследовании сверхпроводящих параметров соединений водорода и остальных частей. В крайние пару лет этот класс соединений исследуется как перспективное направление в поиске высокотемпературных сверхпроводящих материалов, а сверхпроводящие характеристики открывают как у фактически гидридов (соединений водорода с сплавами), так и у веществ, вторым компонентом которых является неметалл. Рекорды крайних лет заключаются в получении сверхпроводников при температурах в районе −70˚C — −20˚C в этом классе; обычно, все они подразумевают сверхдавление 100—200 ГПа. В 2018 году уже удалось достигнуть сверхпроводимости при аномально высочайшей температуре −13˚C у другого гидрида под сверхдавлением — вещества, состоящего из атомов водорода и лантана (про крайние заслуги в опытах с лантаном также есть статья на веб-сайте). Новейший итог различается тем, что сейчас употребляются три элемента — углерод, сера и водород. По отдельности соединения серы и углерода с водородом уже хорошо изучены на предмет сверхпроводящих параметров на больших давлениях (при обыденных критериях это просто сероводород и метан). Добавление третьего элемента значительно расширяет место для экспериментирования. Новенькая работа также подтверждает давнешнее теоретическое пророчество того, что материалы с завышенным содержанием атомов водорода могут вести себя как сверхпроводники при температурах, существенно наиболее больших, чем можно было ранее представить.

Алмазная наковальня и микроячейка для исследования сверхпроводимости под давлением.

Физики из лаборатории сверхпроводимости института Рочестера расположили смесь углерода, серы и водорода в микроскопичную полость, «выгравированную» на точечном контакте 2-ух алмазов («алмазную наковальню»). С помощью лазерного излучения в консистенции инициируется реакция, которая приводит к росту кристалла. При снижении температуры эталон показывает падение сопротивления до нуля, что значит переход в сверхпроводящее состояние. Увеличением давления в опыте удаётся до неких пределов увеличивать и температуру перехода. Лучший итог — переход при температуре 287,7 K (≈15˚ C) и давлении 267 ГПа, другими словами 2,6 миллиона атмосфер. Это значение сравнимо с давлением в центре Земли. При таком давлении происходит впрессовывание электрических оболочек отдельных атомов друг в друга так, что они соединяются и образуют коллективное проводящее состояние, даже если при обыденных давлениях вещество было диэлектриком. О сверхпроводящих свойствах такового металлизированного водорода (либо водородсодержащих соединений) на огромных давлениях догадываются издавна. Такие давления полностью достижимы в недрах газовых планет, потому у астрофизиков есть догадки о «сверхпроводящем магнитном динамо», обуславливающим магнитное поле, к примеру, Юпитера.

Левитация магнита над сверхпроводником (эффект Мейснера).

Также удалось выявить знаковый эффект сверхпроводимости — «вытеснение» линий магнитного поля из сверхпроводника при температуре перехода. В этом случае сверхпроводимость можно показать, заставив обыденный неизменный магнит левитировать над сверхпроводником. Это явление именуется эффектом Мейснера и оно понятно ещё с 1930-х годов. Так как в настоящих экспериментальных критериях для этого нужны сверхнизкие температуры, материал охлаждают, к примеру, водянистым азотом либо гелием. Если б вещество могло владеть таковыми качествами при обыденных критериях, эффект мог бы стать основой поездов на магнитной подушечке. Но в данном случае даже провести эффектную демонстрацию не получится — такие сверхдавления достигаются лишь в микрополости с надлежащими размерами эталона. У вещества при этих критериях даже не до конца понятно кристаллическое строение и хим формула.

Структура двухкомпонентных гидридов, которые стают сверхпроводниками при больших давлениях, изучена еще лучше. Поведение консистенции из трёх компонент под высочайшим давлением пока приходится учить с помощью математического моделирования её фазовых диаграмм. Но моделирование также ещё не может разъяснить таковых больших температур, при которых наблюдается переход в сверхпроводящее состояние.

Такие давления сейчас можно создавать либо в микрообъёмах, как в этом случае с «алмазной наковальней», либо на недлинные промежутки времени (толики секунды). Потому о практическом применении материала речь ещё не идёт. Но ценность открытия в том, что оно указывает, в каком направлении необходимо двигаться в области высокотемпературной сверхпроводимости, до этого всего, чтоб в будущем достигнуть сверхпроводящего эффекта при наиболее разумных давлениях.

Лаборатория сверхповодимости в институте Рочестера. Adam Fenster.

Источник: 22century.ru

Добавить комментарий