Nowy nadprzewodnik działający w temperaturze pokojowej?
Czasopismo Nature opublikowało nowe badanie, które przyciąga sporą uwagę mediów.
Grupa naukowców z University of Rochester twierdzi, że stworzyła nowy materiał, który może doprowadzić do nadprzewodnictwa w temperaturze pokojowej.
Kilka informacji na temat nadprzewodnictwa.
Nadprzewodnictwo zostało odkryte przez Heike Kamerlingh Onnes, holenderskiego fizyka i jego zespół w 1911 roku. Nadprzewodniki nie tylko przenoszą elektryczność z zasadniczo zerowym oporem elektrycznym, ale także posiadają dziwną zdolność znaną jako efekt Meissnera, która zapewnia zerowe pole magnetyczne wewnątrz materiału.
Pierwsze znane nadprzewodniki wymagały temperatur zaledwie kilka stopni powyżej zera absolutnego lub minus 459,67 stopni Fahrenheita. W 1980 roku fizycy odkryli tak zwane nadprzewodniki wysokotemperaturowe, ale nawet te stały się nadprzewodzące w warunkach znacznie bardziej zimnych niż te spotykane w codziennym użytkowaniu.
W 2015 roku Mikhail Eremets, fizyk z Instytutu Chemii Maxa Plancka w Moguncji w Niemczech, poinformował, że siarkowodór – cząsteczka składająca się z dwóch atomów wodoru i jednego atomu siarki – stał się nadprzewodzący w temperaturze minus 94 stopni Fahrenheita, gdy został ściśnięty do około 22 milionów funtów na cal kwadratowy. To była rekordowo wysoka temperatura dla nadprzewodnika w tamtym czasie.
Tak więc te badania poczyniły znaczące postępy, ale oczywiście -95 Fahrenheita nie jest czymś, co będzie łatwe do utrzymania poza laboratorium. Ale te nowe badania twierdzą, że stworzyły nadprzewodnik, który może potencjalnie pracować w temperaturze do 70 stopni Fahrenheita, choć przy bardzo wysokim ciśnieniu.
Było oczywiste, że coś dzieje się z mieszaniną lutetu/azotu/wodoru przed wykonaniem jakichkolwiek pomiarów. W warunkach otoczenia dodanie dwóch gazów zmieniło kolor lutetu na niebieski, prawdopodobnie z powodu wodoru infiltrującego metal. Ale gdy ciśnienie wzrosło do tysięcy atmosfer, mieszanina zmieniła kolor na dramatyczny różowy, co okazało się być związane z metalicznością mieszaniny. Dalsze zwiększanie ciśnienia do ponad 30 000 razy ciśnienia atmosferycznego spowodowało, że stracił swoje metaliczne właściwości i zmienił kolor na głębszy czerwony.
Nadprzewodnictwo było możliwe w całym zakresie ciśnienia atmosferycznego od 3 do 000 30 razy. Naukowcy pracowali więc nad tym zakresem ciśnień, aby znaleźć ciśnienie, które wspiera najwyższą temperaturę krytyczną. Szczyt okazał się być przy około 000 10 razy większym ciśnieniu atmosferycznym.
Ta temperatura wynosiła 294 K. Oznacza to około 21 ° C lub 70 ° F, co dla większości z nas jest temperaturą pokojową.
Jest to potencjalnie duży przełom.
"Jeśli to prawda, jest to całkowicie rewolucyjne", powiedział James Hamlin, fizyk z University of Florida, który nie był zaangażowany w pracę. Nadprzewodnik o temperaturze pokojowej zapoczątkowałby rewolucję technologiczną.... . Istniejące nadprzewodniki wymagają drogich i nieporęcznych systemów chłodzenia do beztarciowego przewodzenia elektryczności, ale materiały o temperaturze pokojowej mogą prowadzić do hiperwydajnych sieci elektrycznych i chipów komputerowych, a także ultrasilnych magnesów potrzebnych do lewitacji pociągów i energii termojądrowej.
Ale nad tym artykułem unosi się znak zapytania (gwiazdka), ponieważ to samo laboratorium wcześniej przedstawiło inny artykuł na temat nadprzewodników w 2020 r., który został opublikowany przez Nature, a następnie wycofany po pytaniach dotyczących niektórych danych.
Ale redaktorzy Nature wycofali wcześniejszą pracę w zeszłym roku z powodu zastrzeżeń dr Diasa i innych autorów.
"Straciłem trochę zaufania do tego, co pochodzi z tej grupy" - powiedział James Hamlin, profesor fizyki na University of Florida.
Głównym antagonistą dr Diasa jest Jorge Hirsch, fizyk teoretyczny z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego. Skupił się na pomiarach, które grupa dr Diasa wykonała na temat reakcji związku węgiel-siarka-wodór na oscylujące pola magnetyczne, dowód na efekt Meissnera.
Kiedy dr Dias opublikował podstawowe surowe dane, dr Hirsch powiedział, że jego analiza wykazała, że zostały one wygenerowane przez wzór matematyczny i nie można go faktycznie zmierzyć w eksperymencie. "Z pomiaru nie otrzymujesz formuł analitycznych" - powiedział dr Hirsch. "Dostajesz liczby z szumem."
Dr Dias i jego zespół nie wycofali się z poprzedniego artykułu i pracują nad jego poprawioną wersją.
Obecny artykuł najwyraźniej przeszedł pięć rund recenzji i Nature opublikował go pomimo wcześniejszego wycofania. Ars Technica sugeruje, że nowa praca powinna być stosunkowo łatwa do powtórzenia przez zewnętrzne laboratoria, jeśli praca jest dokładna.
... Jeśli tę pracę można odtworzyć, prawdopodobnie wiele osób zrobi to stosunkowo szybko. To dlatego, że potrzebuje znacznie mniej skomplikowanego sprzętu do stworzenia. Tak długo, jak laboratorium ma przyzwoity system klimatyzacji, przechowywanie próbki w temperaturach tutaj podanych powinno być trywialne. A wymagane ciśnienia można osiągnąć za pomocą znacznie mniej skomplikowanego sprzętu, niż potrzeba do trafienia w gigapaskale wymagane przez wcześniejsze materiały tego rodzaju.
W rezultacie materiał ten powinien być dostępny dla znacznie większej liczby laboratoriów, niż wcześniej można było pracować na nadprzewodnikach bogatych w wodór. Tak więc, jeśli te wyniki są prawdziwe, powinniśmy zobaczyć raporty o wynikach odtwarzanych bardzo szybko.
Brak oporu elektrycznego wykazywanego przez materiały nadprzewodzące miałby ogromny potencjał zastosowań, gdyby istniał w warunkach temperatury otoczenia i ciśnienia. Pomimo dziesięcioleci intensywnych wysiłków badawczych, taki stan nie został jeszcze zrealizowany..
Teraz pojawia się bardziej obiecująca substancja: domieszkowany azotem wodorek lutetu (LNH). Aby to zrobić, zespół Diasa załadował cienką folię lutetową do imadła diamentowego i wstrzyknął mieszankę wodoru i azotu. Zwiększając ciśnienie do 2 gigapaskalów (prawie 20 000 razy ciśnienia atmosferycznego) i piecząc mieszankę w temperaturze 200 ° C przez okres do 3 dni, wykuto jasnoniebieską krystaliczną plamkę, która przetrwała nawet po złagodzeniu ciśnienia.
Kiedy podnieśli ciśnienie z powrotem do zaledwie 0,3 gigapaskala, niebieska plamka zmieniła kolor na różowy, gdy opór elektryczny spadł do zera. Substancja osiągnęła szczytową temperaturę nadprzewodzącą 294 K - o 7 ° wyższą niż oryginalna CSH i prawdziwie pokojową temperaturę - przy ciśnieniu 1 gigapaskala. Pomiary magnetyczne wykazały również, że próbka odpycha zewnętrznie przyłożone pole magnetyczne, znak rozpoznawczy nadprzewodników.
"To najbardziej szczegółowe badanie wodorku w historii" - mówi Ashkan Salamat, fizyk z University of Nevada w Las Vegas i jeden z głównych autorów badania. Inni zgadzają się, że wyniki wyglądają imponująco. "Wygląda wiarygodnie", mówi Alexander Goncharov, fizyk z Carnegie Institution for Science. "Jeśli jest poprawny, papier jest tour de force przy użyciu wszystkich różnych technik" - mówi Hamlin.
Ale LNH rodzi tyle samo pytań, ile odpowiedzi. "To w pewnym sensie zaprzecza wszystkiemu, czego oczekiwałabym od wodorków" - mówi Lilia Boeri, fizyk teoretyczny z Uniwersytetu La Sapienza w Rzymie. W konwencjonalnej teorii nadprzewodnictwa drgania w sieci krystalicznej materiału działają jak klej między parami elektronów, umożliwiając im przewodzenie bez oporu. Obliczenia Boeriego i innych sugerują, że nadprzewodniki wodorkowe ciśnienia otoczenia mogą istnieć, ale tylko w niższych temperaturach, około 125 K. Powyżej, jak mówi, klej wibracyjny traci przyczepność i tylko intensywne ciśnienie może "usztywnić" sieć i spowodować parowanie elektronów.
Dias i jego koledzy twierdzą, że właśnie tam pojawia się azot w ich nowym materiale. Atomy azotu są małe w porównaniu z lutetem. Uważają, że atomy azotu mogą wić się między atomami lutetu, tworząc strukturę przypominającą klatkę, która usztywnia resztę sieci. On i jego koledzy muszą jeszcze potwierdzić tę strukturę. Ale Dias spekuluje, że "zapewnia stabilność nadprzewodnictwa przy niższym ciśnieniu".
Aby rozwiązać zagadkę, zespół U of R "powinien zrobić wszystko, co w jego mocy, aby pomóc innym grupom ją odtworzyć", mówi Mikhail Eremets, fizyk z Instytutu Chemii Maxa Plancka, którego zespół odkrył pierwszy nadprzewodnik wodorkowy w 2015 roku, ale nie udało mu się powtórzyć wyników CSH. "Jeśli tego nie zrobią, będzie to katastrofa". Ale ten poziom współpracy nie wydaje się być w kartach. Dias mówi, że Unearthly Materials, firma, którą założył z Salamatem, próbuje skomercjalizować nowy wodorek. "Nie zamierzamy rozpowszechniać tego materiału, biorąc pod uwagę zastrzeżony charakter naszego procesu i istniejące prawa własności intelektualnej" - powiedział Dias w e-mailu.
Inni fizycy nie są zadowoleni. "To całkowicie nienaukowe zachowanie" - mówi Boeri. Hamlin mówi, że nie zobowiąże studenta do replikacji pracy, chyba że grupa U of R udostępni próbki i surowe dane.
Salamat mówi, że surowe dane są dostępne online. Jeśli chodzi o udostępnianie próbek, papier zawiera szczegółowy przepis, mówi. "Ludzie mogą iść naprzód i zrobić to dla siebie."
Eremets planuje spróbować. Ponieważ LNH może być wytwarzany przy niższych ciśnieniach, które nie wymagają imadła diamentowego, "będzie to znacznie łatwiejsze do sprawdzenia przez wiele grup", mówi. Hemley, który pomaga grupie U of R określić strukturę LNH, zgadza się. "To teraz zupełnie inna gra w piłkę" - mówi.
Należy poczekać na inne potwierdzenia…
https://arstechnica.com/science/2023/03/room-temperature-superconductor-works-at-lower-pressures/
https://www.nytimes.com/2023/03/08/science/room-temperature-superconductor-ranga-dias.html
https://www.science.org/content/article/revolutionary-blue-crystal-resurrects-hope-room-temperature-superconductivity
https://www.nature.com/articles/s41586-023-05742-0
...
