„Věříme, že se jedná o novou éru supravodivosti,“ řekl Russell Hemley, vědec z materiálů na George Washington University ve Washingtonu, D.C., zástupcům vědců 4. března na březnovém zasedání americké fyzické společnosti.
Obrazy za ním osvětlily: schéma zařízení pro drcení drobných věcí mezi superhrdinami protilehlých diamantů, grafy teploty a elektrického odporu, zářící koule s hrubým černým „X“ proříznutým jejím středem.
Ten poslední obraz byl ztělesněním nové éry samotné: malý vzorek superhydridu lantanu (nebo LaH10) se stlačil na tlaky podobné těm, které byly nalezeny v půdě jádra Země, a zahříval se laserem na teploty blížící se svižnému pozdnímu zimnímu dni v Nové Anglii . (To je obarvující teplo podle standardů supravodivého výzkumu, obvykle prováděného v extrémním laboratorním chladu.) Za těchto podmínek Hemley a jeho tým zjistili, že se zdá, že LaH10 přestává bránit pohybu elektronů mezi jeho atomy. Zjevně se to stává, jak to Hemley nazval ve svém projevu APS a v novinách publikovaných 14. ledna v časopise Physical Review Letters, „supravodič pro pokojovou teplotu“.
Zmrazená věda
Již v roce 1911 holandský fyzik Heike Kamerlingh Onnes objevil, že určité látky vykazují při extrémně nízkých teplotách neobvyklé elektrické vlastnosti.
Za normálních okolností elektrický proud procházející vodivým materiálem (jako měděný drát) ztratí po cestě určitou intenzitu. Dokonce i velmi dobré vodiče, které používáme v našich elektrických sítích, jsou nedokonalé a nepřepravují veškerou energii z elektrárny do vaší zásuvky. Některé elektrony se během cesty prostě ztratí.
Supravodiče se však liší. Elektrický proud zavedený do smyčky supravodivého drátu bude stále kroužit navždy, bez jakékoli ztráty. Supravodiče vylučují magnetická pole, a proto silně vytlačují magnety. Mají aplikace ve vysokorychlostním zpracování dat a dalších technologiích. Problém je v tom, že druhy extrémně nízkých teplot, při kterých supravodiče obvykle pracují, z nich činí nepraktické pro běžné použití.
Lov bez mapy
Po více než století fyzici hledali supravodivost v teplejších materiálech. Ale najít supravodivost je trochu jako nápadné zlato: Zkušenosti z minulosti a teorie vám mohou říct, kde je hledat, ale ve skutečnosti nebudete vědět, kde to je, dokud neprovedete nákladnou a časově náročnou kontrolu.
"Máte tolik materiálů. Máte obrovský prostor k prozkoumání," řekla Lilia Boeri, fyzikka na Sapienza University v Římě, která představila práci poté, co Hemley prozkoumala možnost supravodičů ještě teplejší než LaH10, a vysvětlila, proč jsou takové materiály supravodivý při extrémních tlacích.
V roce 1986 vědci odhalili keramiku, která byla supravodivá při teplotách až 30 stupňů nad absolutní nulou nebo mínus 406 stupňů Fahrenheita (mínus 243 stupňů Celsia). Později, v 90. letech, vědci nejprve vážně zkoumali velmi vysoké tlaky, aby zjistili, zda by mohli odhalit nové druhy supravodičů.
Ale v té chvíli Boeri řekl Live Science, že stále neexistuje žádný dobrý způsob, jak určit, zda se materiál ukáže jako supravodivý, nebo při jaké teplotě to bude dělat, dokud nebude testován. V důsledku toho zůstaly kritické teplotní záznamy - teploty, při kterých se objevuje supravodivost - velmi nízké.
„Byl tam teoretický rámec, ale neměli možnost ho použít,“ řekl Boeri.
Další velký průlom nastal v roce 2001, kdy vědci ukázali, že diborid hořečnatý (MgB2) byl supravodivý při 39 stupních nad absolutní nulou nebo mínus 389 F (mínus 234 ° C).
„byla dost nízká,“ řekla, „ale v té době to byl zásadní průlom, protože to ukázalo, že byste mohli mít supravodivost s kritickou teplotou, která byla dvakrát vyšší než to, co se dříve považovalo za možné.“
Drcení vodíku
Od té doby se hon na teplé supravodiče posunul dvěma klíčovými způsoby: Vědci materiálů si uvědomili, že lehčí prvky nabízejí tantalizační možnosti pro supravodivost. Mezitím počítačové modely pokročily do bodu, kdy teoretici mohli předem přesně předpovědět, jak se materiály mohou chovat za extrémních okolností.
Fyzici začali na zřejmém místě.
„Takže chcete použít světelné prvky a nejlehčí prvek je vodík,“ řekl Boeri. "Ale problém je samotný vodík - to nemůže být supravodivé, protože je to izolátor. Takže, pokud máte supravodič, musíte ho nejprve vyrobit z kovu. Musíte s ním něco udělat a nejlepší věc, kterou můžete udělat, mačká to. “
V chemii je kov téměř jakákoli sbírka atomů spojených dohromady, protože sedí ve volně tekoucí polévce elektronů. Většina materiálů, které nazýváme kovy, jako je měď nebo železo, je kovová při pokojové teplotě a při příjemném atmosférickém tlaku. Jiné materiály se však mohou stát kovy v extrémnějších prostředích.
Teoreticky je vodík jedním z nich. Ale je tu problém.
„To vyžaduje mnohem vyšší tlak, než jaký lze dosáhnout pomocí stávající technologie,“ řekl Hemley ve svém projevu.
To nechává vědce lovit materiály obsahující velké množství vodíku, které budou tvořit kovy - a doufejme, že se stanou supravodivými, za dosažitelných tlaků.
Boeri řekl, že právě teď teoretici pracující s počítačovými modely nabízejí experimentální materiály, které mohou být supravodiče. Experimentisté si vybírají nejlepší možnosti k vyzkoušení.
Hodnoty těchto modelů jsou však omezené, řekl Hemley. Ne každá předpověď se v laboratoři objevuje.
„V této práci lze výpočty používat velmi efektivně, ale je třeba to udělat kriticky a nakonec provést experimentální testy,“ řekl shromážděnému davu.
Hemley a jeho tým „supravodič pro pokojovou teplotu“, LaH10, se zdá být zatím nejúžasnějším výsledkem této nové éry výzkumu. Ukázalo se, že vzorek LaH10, drcený asi 1 milionkrát více než tlak zemské atmosféry (200 gigapascalů) mezi body dvou protilehlých diamantů, se stal supravodivým při 260 stupních nad absolutní nulou nebo 8 F (mínus 13 ° C).
Zdá se, že další pokus popsaný ve stejném článku vykazuje supravodivost při 280 stupních nad absolutní nulou nebo 44 ° F (7 ° C). To je chladná pokojová teplota, ale není příliš obtížné ji dosáhnout.
Hemley ukončil svůj projev tím, že navrhl, že tato vysokotlaká práce může vést až k materiálům, které jsou supravodiči při jak teplých teplotách, tak při normálním tlaku. Možná materiál, jakmile je pod tlakem, by mohl zůstat supravodičem po uvolnění tlaku, řekl. Nebo možná poučení o chemické struktuře získané při vysokých teplotách mohou ukázat cestu k supravodivým strukturám nízkého tlaku.
To by byl měnič her, řekl Boeri.
„Tato věc je v zásadě základním výzkumem. Nemá žádnou aplikaci,“ řekla. „Ale řekněme, že přijdete s něčím, co pracuje pod tlakem, řekněme, 10krát nižší než nyní. Tím se otevírají dveře supravodivým drátům, jiné věci.“
Na otázku, zda očekává, že za svého života uvidí supravodič s pokojovou teplotou a podtlakem, nadšeně přikývla.
„Určitě,“ řekla.
