"Вјерујемо да је ово сада ново доба суперпроводљивости", рекао је Русселл Хемлеи, научник за материјале са Универзитета Георге Васхингтон у Васхингтону, Д.Ц., мноштву истраживача 4. марта на мартовском састанку Америчког физичког друштва.
Слике су осветлиле екран иза њега: шема уређаја за дробљење ситних ствари између супер чврстих тачака супротних дијаманата, графикона температуре и електричног отпора, ужарена куглица са храпавим, црним „Кс“, провучена кроз њен центар.
Та последња слика била је отеловљење саме нове ере: сићушан узорак лахидановог суперхидрида (или ЛаХ10) стиснут на притиске сличне онима који су пронађени у земљиној језгри и грејани ласером на температуре које се приближавају жустром касно-зимском дану у Новој Енглеској . (То смањује топлину стандардима истраживања суперпреводљивости, обично се изводи у екстремним лабораторијским хладноћама.) Под тим условима, открили су Хемлеи и његов тим, чини се да ЛаХ10 престаје да се опире кретању електрона између његових атома. Изгледа да је, како је то Хемлеи назвао у свом говору о АПС-у и у раду објављеном 14. јануара у часопису Пхисицал Ревиев Леттерс, "суправодич на собној температури".
Смрзнута наука
Још давне 1911. године, холандски физичар Хеике Камерлингх Оннес открио је да при екстремно ниским температурама одређене супстанце показују необична електрична својства.
У нормалним околностима, електрична струја која пролази кроз проводни материјал (попут бакрене жице) изгубит ће неки интензитет на путу. Чак су и веома добри проводници које користимо у нашим електричним мрежама несавршени и не могу да пренесу сву енергију из електране до ваше зидне утичнице. Неки се електрони само изгубе на путу.
Али суперпроводници су различити. Електрична струја уведена у петљу суправодљиве жице наставиће да кружи заувек, без икаквих губитака. Суперпроводници избацују магнетна поља и зато снажно потискују магнете. Имају апликације у рачунару велике брзине и другим технологијама. Проблем је што их врста екстремно ниских температура на којима обично делују суперпроводници чине непрактичним за уобичајену употребу.
Лов без мапе
Већ више од једног века, физичари су ловили на суправодљивост у топлијим материјалима. Али проналажење суперпроводљивости помало је налик на сјајно злато: Досадашње искуство и теорије можда би вам у широкој мери рекли где да га потражите, али заправо нећете знати где је све док не обавите скуп, дуготрајан посао провере.
"Имате толико материјала. Имате огроман простор за истраживање", рекла је Лилиа Боери, физичарка са Римског универзитета Сапиенза, која је представила рад након што је Хемлеи истражио могућност суперпреводника још топлијих од ЛаХ10, и објаснио зашто су овакви материјали суперпроводна при екстремним притисцима.
1986. године, истраживачи су открили керамику која је била суперпроводна на температурама чак 30 степени изнад апсолутне нуле или минус 406 степени Фаренхајта (минус 243 степена Целзијуса). Касније, деведесетих година, истраживачи су најпре озбиљно погледали врло високе притиске, да би открили да ли могу открити нове врсте суперпроводника.
Али у том тренутку, рекао је Боери Ливе Сциенце-у, још увек није било доброг начина да се утврди да ли ће се неки материјал показати суперпроводним или на којој температури ће то урадити, све док није тестиран. Као резултат тога, критички температурни записи - температуре на којима се појављује суперпроводност - остали су веома ниски.
"Теоретски оквир је постојао, али они нису имали могућност да га користе", рекао је Боери.
Следећи велики помак догодио се 2001. године, када су истраживачи показали да је магнезијум диборид (МгБ2) суперпроводљив на 39 степени изнад апсолутне нуле, односно минус 389 Ф (минус 234 Ц).
„била је прилично ниска“, рекла је, „али у то време је то био велики помак, јер је показао да можете имати суперпроводност с критичном температуром која је двоструко већа од онога што се раније мислило да је могуће“.
Дробљење водоника
Од тада се лов на топле суперпроводнике променио на два кључна начина: Научници за материјале су схватили да лакши елементи нуде тантализирајуће могућности за суправодобно провођење. У међувремену, рачунарски модели су напредовали до те мере да су теоретичари могли унапред прецизно предвидјети како се материјали могу понашати у екстремним околностима.
Физичари су кренули на очигледно место.
"Дакле, желите да употребљавате светлосне елементе, а најслађи елемент је водоник", рекао је Боери. "Али проблем је сам водоник - то се не може учинити суперпроводним, јер је то изолатор. Дакле, да бисте имали суперпроводник, прво га морате направити од метала. Морате му нешто учинити и најбоље што можете да учините. је стисни. "
У хемији, метал је у великој мери било која збирка атома спојених заједно, јер они седе у слободно проточној супи електрона. Већина материјала који називамо металима, попут бакра или гвожђа, су метални на собној температури и при угодним атмосферским притисцима. Али други материјали могу постати метали у екстремнијим окружењима.
У теорији, водоник је један од њих. Али постоји проблем.
"За то је потребан много већи притисак него што се то може учинити постојећом технологијом", рекао је Хемлеи у свом говору.
То оставља истраживачима лов на материјале који садрже пуно водоника који ће формирати метале - и, надамо се, постати суперпроводни, на достижним притисцима.
Тренутно, рекао је Боери, теоретичари који раде с рачунарским моделима нуде експерименталистима материјале који могу бити суперпроводници. А експерименталисти бирају најбоље опције за тестирање.
Међутим, постоје ограничења у вредности тих модела, рекао је Хемлеи. Није свако предвиђање у лабораторији.
"У овом раду се могу врло ефикасно користити прорачуни, али то треба критички урадити и на крају пружити експерименталне тестове", рекао је окупљеној гомили.
Изгледа да је Хемлеи и његов тим "суправодиковод на собној температури", ЛаХ10, најузбудљивији резултат до сада из нове ере истраживања. Срушен на око милион пута већи од притиска Земљине атмосфере (200 гигапаскала) између тачака два супротстављена дијаманта, узорак ЛаХ10 постаје суперпроводљив на 260 степени изнад апсолутне нуле, или 8 Ф (минус 13 Ц).
Показало се да је још један низ експеримента описан у истом раду показао суперпроводност на 280 степени изнад апсолутне нуле или 44 ° Ф (7 Ц). То је хладна собна температура, али не превише тешка за постизање температуре.
Хемлеи је свој разговор завршио сугеришући да би, низ пут, овај рад под високим притиском могао да доведе до материјала који су суперпроводници и на топлим температурама и на нормалним притисцима. Можда материјал, једном под притиском, може остати суперпроводник након ослобађања притиска, рекао је. Или можда лекције о хемијској структури научене на високим температурама могу указати на пут до суправодљивих конструкција ниског притиска.
То би била промена игре, рекао је Боери.
"Ова ствар је у основи фундаментално истраживање. Она нема примену", рекла је она. "Али рецимо да смислите нешто што делује под притиском, рецимо, 10 пута ниже него сада. Ово отвара врата за суправодљиве проводнике, друге ствари."
На питање да ли очекује да током свог живота види собну температуру и собни притисак суправодича, она одушевљено климне главом.
"Сигурно", рекла је.
