Физиците напредват в надпреварата за свръхпроводимост при стайна температура

Екип от физици от лабораторията Nevada Extreme Laboratory (NEXCL) на UNLV използва клетка на наковалня Massey, изследователско устройство, подобно на изобразеното, в своите изследвания, за да понижи налягането, необходимо за наблюдение на материал, способен да свръхпроводим при стайна температура. Кредит: Изображението е предоставено с любезното съдействие на NEXCL

Преди по-малко от две години светът на науката беше шокиран от откритието на материал, способен да бъде свръхпроводим при стайна температура. Сега екип от физици от Университета на Невада в Лас Вегас (UNLV) повишиха залога още веднъж, като възпроизведоха това постижение при най-ниското налягане, регистрирано някога.

За да бъде ясно, това означава, че науката е по-близо от всякога до използваем, повторяем материал, който един ден може да революционизира начина, по който се транспортира енергията.

Това беше международните заглавия през 2020 г. чрез откриване Свръхпроводимост при стайна температура за първи път Написано от физика на UNLV Ашкан Саламат и колегата Ранга Диас, физик от университета в Рочестър. За да постигнат това постижение, учените направиха химическа смес от въглерод, сяра и водород първо в метално състояние, а след това в свръхпроводящо състояние при стайна температура, използвайки изключително високо налягане – 267 гигапаскала – условия, които можете да намерите само в природата близо до центъра на Земята.

Напредвайки със скорост от по-малко от две години, изследователите вече са в състояние да завършат постижението само с 91 гигапаскала – приблизително една трета от първоначално докладвания натиск. Новите открития бяха публикувани като предварителна статия в списанието химическа комуникация Този месец.

Супер откритие

Чрез детайлна настройка на състава на въглерода, сярата и водорода, използван в първоначалния пробив, изследователите вече са в състояние да произведат материал под ниско налягане, който поддържа състоянието си на свръхпроводимост.

„Това са налягания на ниво, което е трудно за разбиране и оценка извън лабораторията, но настоящият ни курс показва, че е възможно да се постигнат относително високи високи температури на проводимост при постоянно ниски налягания – и това е нашата крайна цел“, каза ръководителят на изследването автор Грегъри Александър Смит. Следдипломен студент изследовател с UNLV Лаборатория за екстремни условия в Невада (Nexel). „В края на краищата, ако искаме да направим устройствата полезни за нуждите на обществото, трябва да намалим натиска, необходим за създаването им.“

Въпреки че натискът все още е много висок – около хиляда пъти по-висок от това, което може да изпитате на дъното на Марианската падина в Тихия океан – те продължават да се състезават към цел, наближаваща нулата. Това е напрегната надпревара в UNLV, тъй като изследователите придобиват по-добро разбиране на химичната връзка между въглерод, сяра и водород, които изграждат материала.

„Познанията ни за връзката между въглерода и сярата напредват бързо и откриваме съотношения, които водят до значително различни и по-ефективни реакции от първоначално наблюдаваните“, каза Саламат, който ръководи NEXCL в UNLV и допринесе за последното проучване. „Наблюдаването на такива различни явления в подобна система само показва богатството на майката природа. Има толкова много за разбиране и всеки нов напредък ни доближава до ръба на ежедневните свръхпроводящи устройства.“

Светият Граал на енергийната ефективност

Свръхпроводимостта е завладяващ феномен, наблюдаван за първи път преди повече от век, но само при значително по-ниски температури всяка идея за практическо приложение е изключена. Едва през 60-те години на миналия век учените предположиха, че това постижение може да е възможно при още по-високи температури. Откритието през 2020 г. от Саламат и колеги на свръхпроводник със стайна температура развълнува света на науката отчасти защото технологията поддържа електрически поток без съпротивление, което означава, че мощността, преминаваща през електрическа верига, може да се провежда безкрайно и без загуба на енергия. Това може да има големи последици за съхранението и предаването на енергия, поддържайки всичко – от по-добри батерии за мобилни телефони до по-ефективна електропреносна мрежа.

„Глобалната енергийна криза не показва признаци на забавяне и разходите се увеличават отчасти поради загубата на електрическата мрежа на САЩ от близо 30 милиарда долара годишно поради неефективността на сегашната технология“, каза Саламат. „За обществената промяна ние трябва да водим с технологиите и работата, която се случва днес, вярвам, че е в челните редици на утрешните решения.“

Според Саламат, свойствата на свръхпроводниците могат да бъдат в основата на ново поколение материали, които биха могли да променят фундаментално енергийната инфраструктура в Съединените щати и извън тях.

„Представете си да оползотворите енергията в Невада и да я изпратите в цялата страна без никакви загуби на енергия“, каза той. „Тази технология може да направи това възможно един ден.“

Справка: „Съдържанието на въглерод увеличава високотемпературната свръхпроводимост във въглеродно-сярен хидрид под 100 GPa“ от Дж. Александър Смит, Инес Е. Колингс, Елиът Снайдер, Дийн Смит, Силвен Петигерард и Джеси С. Елисън, Кийт Ф. Лоулър, Ранджа Б. Диас и Ашкан Саламат, 7 юли 2022 г., наличен тук. химическа комуникация.
DOI: 10.1039 / D2CC03170A

Смит, водещ автор, е бивш изследовател на UNLV в лабораторията на Саламат и настоящ докторант по химия и изследвания с NEXCL. Допълнителни автори на изследването включват Саламат, Дийн Смит, Пол Елисън, Мелани Уайт и Кийт Лоулър от UNLV; Ранга Диас, Елиът Снайдер и Елиз Джоунс от университета в Рочестър; Ines E. Collings от Швейцарските федерални лаборатории за наука и технология на материалите, Sylvain Pettigerard от ETH Zurich; и Джеси С. Смит от Националната лаборатория в Аргон.