Nauka Wiedza

Nadprzewodniki

Już jest: Naukowcy poinformowali o odkryciu pierwszego nadprzewodnika w temperaturze pokojowej, po ponad wieku oczekiwania.

Odkrycie to wywołuje marzenia o futurystycznych technologiach, które mogłyby zmienić kształt elektroniki i transportu. Nadprzewodniki przenoszą energię elektryczną bez oporu, pozwalając na przepływ prądu bez strat energii. Jednak wszystkie odkryte dotąd nadprzewodniki muszą być chłodzone, wiele z nich do bardzo niskich temperatur, co czyni je niepraktycznymi dla większości zastosowań.

Teraz naukowcy znaleźli pierwszy nadprzewodnik, który działa w temperaturze pokojowej – przynajmniej biorąc pod uwagę dość chłodne pomieszczenie. Materiał jest nadprzewodnikiem poniżej temperatury około 15° Celsjusza (59° Fahrenheita), fizyk Ranga Dias z University of Rochester w Nowym Jorku i współpracownicy donoszą 14 października w Nature.

Wyniki zespołu „są piękne”, mówi chemik materiałowy Russell Hemley z Uniwersytetu Illinois w Chicago, który nie był zaangażowany w badania.

Jednak supermoc nadprzewodząca nowego materiału pojawia się dopiero przy bardzo wysokich ciśnieniach, co ogranicza jego praktyczną przydatność.

Dias i współpracownicy utworzyli nadprzewodnik, ściskając węgiel, wodór i siarkę między końcówkami dwóch diamentów i uderzając w materiał światłem laserowym, aby wywołać reakcje chemiczne. Przy ciśnieniu około 2,6 miliona razy większym niż w atmosferze ziemskiej i temperaturze poniżej około 15° C opór elektryczny zniknął.

Samo to nie wystarczyło, by przekonać Diasa. „Nie uwierzyłem w to za pierwszym razem” – mówi. Zespół zbadał więc dodatkowe próbki materiału i zbadał jego właściwości magnetyczne.

Nadprzewodniki i pola magnetyczne są znane ze ścierania się – silne pola magnetyczne hamują nadprzewodnictwo. Okazało się, że gdy materiał został umieszczony w polu magnetycznym, do nadprzewodnictwa potrzebna była niższa temperatura. Zespół zastosował również oscylujące pole magnetyczne do materiału i wykazał, że kiedy materiał stał się nadprzewodnikiem, wydalił to pole magnetyczne ze swojego wnętrza, co jest kolejną oznaką nadprzewodnictwa.

Naukowcy nie byli w stanie określić dokładnego składu materiału ani tego, jak ułożone są jego atomy, co utrudnia wyjaśnienie, jak może on być nadprzewodnikiem w tak stosunkowo wysokich temperaturach. Przyszłe prace skupią się na pełniejszym opisaniu materiału, mówi Dias.

Kiedy nadprzewodnictwo zostało odkryte w 1911 roku, stwierdzono je tylko w temperaturach bliskich zeru absolutnemu (-273,15° C). Jednak od tego czasu naukowcy stale odkrywają materiały, które nadprzewodzą w wyższych temperaturach. W ostatnich latach naukowcy przyspieszyli ten postęp, skupiając się na materiałach bogatych w wodór pod wysokim ciśnieniem.

W 2015 roku fizyk Mikhail Eremets z Max Planck Institute for Chemistry w Mainz w Niemczech i współpracownicy ścisnęli wodór i siarkę, aby stworzyć nadprzewodnik w temperaturze 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 być może nawet 7° C (SN: 9/10/18).

Odkrycie nadprzewodnika w temperaturze pokojowej nie jest niespodzianką. „Oczywiście zmierzaliśmy w tym kierunku” – mówi chemik teoretyczny Eva Zurek z University at Buffalo w Nowym Jorku, która nie była zaangażowana w badania. Ale przełamanie symbolicznej bariery temperatury pokojowej to „naprawdę wielka sprawa”.

Jeśli nadprzewodnik o temperaturze pokojowej mógłby być używany przy ciśnieniu atmosferycznym, mógłby zaoszczędzić ogromne ilości energii traconej na opór w sieci elektrycznej. Mogłoby to również poprawić obecne technologie, od maszyn do rezonansu magnetycznego, przez komputery kwantowe, po magnetycznie lewitowane pociągi. Dias przewiduje, że ludzkość mogłaby stać się „społeczeństwem nadprzewodników”.

Ale jak dotąd naukowcy stworzyli tylko maleńkie drobiny materiału pod wysokim ciśnieniem, więc praktyczne zastosowania są jeszcze bardzo odległe.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *