"Credem că aceasta este acum o nouă eră a superconductivității", a spus Russell Hemley, un om de știință al materialelor de la Universitatea George Washington din Washington, D.C., a declarat o mulțime de cercetători la 4 martie la întâlnirea din martie a American Physical Society.
Imaginile au luminat ecranul din spatele lui: o schemă a unui dispozitiv pentru zdrobirea lucrurilor minuscule între punctele superhard ale diamantelor opuse, graficele de temperatură și rezistență electrică, o bilă strălucitoare cu un "X" dur, negru, trântit peste centrul său.
Acea ultimă imagine a fost întruchiparea noii ere în sine: un mic eșantion de superhidrură de lantan (sau LaH10) s-a strecurat la presiuni similare cu cele găsite parțial prin miezul Pământului și încălzit cu un laser la temperaturi care se apropie de o zi de iarnă târziu în New England . (Aceasta este căldura călduroasă conform standardelor de cercetare a superconductivității, de obicei efectuate la frig extrem de laborator.) În aceste condiții, Hemley și echipa sa au descoperit, LaH10 pare să nu mai reziste mișcării electronilor între atomii săi. Aparent, așa cum a numit-o Hemley în discuția sa despre APS și într-o lucrare publicată pe 14 ianuarie în revista Physical Review Letters, un „superconductor la temperatura camerei”.
Știința înghețată
În 1911, fizicianul olandez Heike Kamerlingh Onnes a descoperit că la temperaturi extrem de scăzute, anumite substanțe prezintă proprietăți electrice neobișnuite.
În condiții normale, un curent electric care trece printr-un material conductor (ca un fir de cupru) va pierde o anumită intensitate pe parcurs. Chiar și conductorii foarte buni pe care îi utilizăm în rețelele electrice sunt imperfecți și nu reușesc să transporte toată energia de la o centrală la priza de perete. Unii electroni se pierd doar pe parcurs.
Dar supraconductorii sunt diferiți. Un curent electric introdus într-o buclă de sârmă supraconductor va continua să circule pentru totdeauna, fără nicio pierdere. Superconductorii expulzează câmpurile magnetice și, prin urmare, îndepărtează cu putere magneții. Au aplicații în tehnologie de calcul de mare viteză și alte tehnologii. Problema este că genul de temperaturi extrem de scăzute la care funcționează de obicei supraconductorii îi fac nepracticabili pentru o utilizare obișnuită.
Vânătoare fără hartă
De mai bine de un secol, fizicienii au vânat pentru supraconductivitatea materialelor mai calde. Însă găsirea superconductivității este cam asemănătoare cu aurul: experiența trecută și teoriile ar putea să vă spună în general unde să o căutați, dar nu veți ști de fapt unde se află până când nu veți face lucrul scump, care necesită timp.
"Aveți atât de multe materiale. Aveți un spațiu imens de explorat", a spus Lilia Boeri, fiziciană la Universitatea Sapienza din Roma, care a prezentat lucrări după Hemley, care a explorat posibilitatea unor supraconductori chiar mai calzi decât LaH10 și a explicat de ce sunt astfel de materiale. superconductor la presiuni extreme.
În 1986, cercetătorii au descoperit ceramice superconductive la temperaturi de până la 30 de grade peste zero absolut sau minus 406 grade Fahrenheit (minus 243 grade Celsius). Mai târziu, în anii 90, cercetătorii au analizat mai întâi cu seriozitate presiunile foarte mari, pentru a vedea dacă ar putea dezvălui noi tipuri de supraconductori.
Dar, la acel moment, Boeri a spus la Live Science, încă nu exista o modalitate bună de a determina dacă un material s-ar dovedi a fi superconductor sau la ce temperatură va face acest lucru, până când a fost testat. Drept urmare, înregistrările critice de temperatură - temperaturile la care apare superconductivitatea - au rămas foarte scăzute.
"Cadrul teoretic era acolo, dar nu aveau capacitatea de a-l folosi", a spus Boeri.
Următoarea mare descoperire a venit în 2001, când cercetătorii au arătat că diborura de magneziu (MgB2) a fost superconductivă la 39 de grade peste zero absolut sau minus 389 F (minus 234 C).
"a fost destul de scăzut", a spus ea, "dar la acel moment a fost o descoperire majoră, pentru că a arătat că puteți avea supraconductivitate cu o temperatură critică care era de două ori mai mare decât ceea ce se credea anterior posibil".
Zdrobirea hidrogenului
De atunci, vânătoarea de superconductori calzi s-a schimbat în două moduri cheie: oamenii de știință din Materiale au realizat că elementele mai ușoare ofereau posibilități tentante de supraconductie. Între timp, modelele de computer au avansat până la punctul în care teoreticienii ar putea prezice în avans exact modul în care materialele s-ar putea comporta în circumstanțe extreme.
Fizicienii au început în locul evident.
"Deci, vrei să folosești elemente ușoare, iar cel mai ușor element este hidrogenul", a spus Boeri. "Dar problema este hidrogenul în sine - acest lucru nu poate fi făcut supraconductor, deoarece este un izolator. Deci, pentru a avea un superconductor, trebuie să faceți mai întâi un metal. Trebuie să faceți ceva și cel mai bun lucru pe care îl puteți face îl stoarce ".
În chimie, un metal este aproape orice colecție de atomi legați împreună, deoarece stau într-o supă de electroni care curge liber. Majoritatea materialelor pe care le numim metale, cum ar fi cuprul sau fierul, sunt metalice la temperatura camerei și la presiuni atmosferice confortabile. Dar alte materiale pot deveni metale în medii mai extreme.
În teorie, hidrogenul este unul dintre ele. Dar există o problemă.
"Asta necesită o presiune mult mai mare decât se poate face folosind tehnologia existentă", a spus Hemley în discursul său.
Acest lucru îi lasă pe cercetători să vâneze materiale care conțin mult hidrogen care să formeze metale - și, sperăm, să devină superconductori, la presiuni realizabile.
În momentul de față, a spus Boeri, teoreticienii care lucrează cu modele de calculator oferă experimentaliștilor materiale care pot fi superconductori. Și experimentaliștii aleg cele mai bune opțiuni pentru a testa.
Hemley a spus că există limite pentru valoarea acestor modele. Nu toate predicțiile se deschid în laborator.
"Se pot utiliza calcule foarte eficient în această lucrare, dar trebuie să facă asta în mod critic și să furnizeze teste experimentale în cele din urmă", a spus el pentru mulțimea adunată.
Hemley și „superconductorul de temperatură al camerei”, LaH10, pare să fie rezultatul cel mai interesant încă din această nouă eră de cercetare. Zdrobit la aproximativ 1 milion de ori presiunea atmosferei Pământului (200 de gigapascali) între punctele a două diamante contrapuse, un eșantion de LaH10 pare să devină superconductor la 260 de grade peste zero absolut, sau 8 F (minus 13 C).
O altă desfășurare a experimentului descrisă în aceeași lucrare pare să arate superconductivitate la 280 de grade peste zero absolut sau 44 F (7 C). Aceasta este temperatura camerei, dar nu este prea dificilă de atins.
Hemley și-a încheiat discuția sugerând că, pe drum, această lucrare de înaltă presiune ar putea duce la materiale care sunt supraconductoare atât la temperaturi calde, cât și la presiuni normale. Poate că un material, odată presurizat, ar putea rămâne un superconductor după ce presiunea este eliberată, a spus el. Sau poate lecțiile despre structura chimică învățată la temperaturi ridicate ar putea indica calea către structuri superconductive cu presiune scăzută.
Acesta ar fi un schimbător de jocuri, a spus Boeri.
"Acest lucru este practic o cercetare fundamentală. Nu are nicio aplicație", a spus ea. "Dar să zicem că vii cu ceva care funcționează la presiune, să zicem, de 10 ori mai mic decât acum. Acest lucru deschide ușa către firele supraconductoare, alte lucruri."
Întrebată dacă se așteaptă să vadă un superconductor la temperatura camerei, la presiune în timpul vieții, a dat din cap cu entuziasm.
- Cu siguranță, a spus ea.
