Naukowcy poinformowali o odkryciu pierwszego nadprzewodnika działającego w temperaturze pokojowej, po ponad stu latach oczekiwania.
Odkrycie to budzi marzenia o futurystycznych technologiach, które mogą przekształcić elektronikę i transport. Nadprzewodniki przesyłają energię elektryczną bez oporu, umożliwiając przepływ prądu bez utraty energii. Jednak wszystkie odkryte wcześniej nadprzewodniki muszą zostać schłodzone, wiele z nich do bardzo niskich temperatur, co czyni je niepraktycznymi w większości zastosowań.
Teraz naukowcy odkryli pierwszy nadprzewodnik, który działa w temperaturze pokojowej – przynajmniej w dość chłodnym pomieszczeniu. Materiał jest nadprzewodnikiem poniżej temperatur około 15 ° Celsjusza (59 ° Fahrenheita),według fizyka Ranga Dias z University of Rochester w Nowym Jorku.
Wyniki zespołu „są po prostu piękne” – mówi chemik ds. Materiałów Russell Hemley z University of Illinois w Chicago, który nie brał udziału w badaniach.
Jednak nowego materiału ma właściwości nadprzewodnika tylko przy bardzo wysokich ciśnieniach, co ogranicza jego praktyczną użyteczność.
Dias i współpracownicy utworzyli nadprzewodnik, ściskając węgiel, wodór i siarkę między końcówkami dwóch diamentów i uderzając w materiał światłem lasera, aby wywołać reakcje chemiczne. Przy ciśnieniu około 2,6 miliona razy większym od ziemskiej atmosfery i temperaturach poniżej około 15 ° C opór elektryczny zniknął.
Samo to nie wystarczyło, by przekonać Diasa. „Nie wierzyłem w to za pierwszym razem” – mówi. Dlatego zespół zbadał dodatkowe próbki materiału i zbadał jego właściwości magnetyczne.
Wiadomo, że nadprzewodniki i pola magnetyczne zderzają się – silne pola magnetyczne hamują nadprzewodnictwo. Rzeczywiście, kiedy materiał został umieszczony w polu magnetycznym, potrzebne były niższe temperatury, aby nadprzewodził. Zespół przyłożył również do materiału oscylujące pole magnetyczne i wykazał, że kiedy materiał stał się nadprzewodnikiem, wyrzucił to pole magnetyczne z jego wnętrza, co jest kolejną oznaką nadprzewodnictwa.
Naukowcom nie udało się określić dokładnego składu materiału ani sposobu ułożenia jego atomów, co utrudnia wyjaśnienie, w jaki sposób może on nadprzewodzić w tak stosunkowo wysokich temperaturach. Przyszłe prace skupią się na dokładniejszym opisaniu materiału, mówi Dias.
Kiedy w 1911 roku odkryto nadprzewodnictwo, stwierdzono je tylko w temperaturach bliskich zeru absolutnemu (−273,15 ° C). Ale od tego czasu naukowcy stale odkrywają materiały, które przewodzą w wyższych temperaturach. W ostatnich latach naukowcy przyspieszyli ten postęp, skupiając się na materiałach bogatych w wodór pod wysokim ciśnieniem.
W 2015 roku fizyk Michaił Eremets z Instytutu Chemii im. Maxa Plancka w Moguncji w Niemczech wraz z kolegami wycisnął wodór i siarkę, tworząc nadprzewodnik w temperaturach do -70 ° C (SN: 12/15/15). Kilka lat później dwie grupy, jedna prowadzona przez Eremetsa, a druga z udziałem Hemleya i fizyka Maddury Somayazulu, badały wysokociśnieniowy związek lantanu i wodoru. Oba zespoły znalazły dowody na nadprzewodnictwo w jeszcze wyższych temperaturach, odpowiednio −23 ° C i −13 ° C, a w niektórych próbkach nawet do 7 ° C.
Odkrycie nadprzewodnika działającego w temperaturze pokojowej nie jest zaskoczeniem. „Oczywiście zmierzaliśmy w tym kierunku” – mówi chemik teoretyczny Eva Zurek z Uniwersytetu w Buffalo w Nowym Jorku, która nie była zaangażowana w badania. Ale przełamanie symbolicznej bariery temperatury w pomieszczeniu to „naprawdę wielka sprawa”.
Gdyby nadprzewodnik działający w temperaturze pokojowej mógł być używany pod ciśnieniem atmosferycznym, mógłby zaoszczędzić ogromne ilości energii traconej w wyniku oporu w sieci elektrycznej. Może też ulepszyć obecne technologie, od maszyn do rezonansu magnetycznego po komputery kwantowe i pociągi lewitowane magnetycznie. Dias przewiduje, że ludzkość mogłaby stać się „społeczeństwem nadprzewodzącym”.
Jednak do tej pory naukowcy stworzyli tylko maleńkie plamki materiału pod wysokim ciśnieniem, więc praktyczne zastosowania są nadal bardzo odległe.
Mimo to „temperatura nie jest już granicą”, mówi Somayazulu z Argonne National Laboratory w Lemont w stanie Illinois, który nie był zaangażowany w nowe badania. Zamiast tego fizycy mają teraz nowy cel: stworzyć nadprzewodnik o temperaturze pokojowej, który działa bez uciskania, mówi Somayazulu. „To kolejny duży krok, który musimy zrobić”.
