Сверхпроводник при комнатной температуре - Room-temperature superconductor
При комнатной температуре сверхпроводник представляет собой материал , который способен проявлять сверхпроводимость при рабочих температурах выше 0 ° С (273 К; 32 & deg ; F), то есть температуры , которые могут быть достигнуты и легко поддерживаться в среде повседневной. По состоянию на 2020 год материал с наивысшей допустимой температурой сверхпроводимости представляет собой углеродсодержащий гидрид серы под чрезвычайно высоким давлением с критической температурой перехода + 15 ° C при 267 ГПа.
При атмосферном давлении рекорд температуры по-прежнему держат купраты , которые продемонстрировали сверхпроводимость при температурах до 138 К (-135 ° C).
Хотя исследователи когда-то сомневались в том, что сверхпроводимость при комнатной температуре действительно достижима, сверхпроводимость неоднократно обнаруживалась при температурах, которые ранее были неожиданными или считались невозможными.
Заявления о переходных эффектах "температуры, близкой к комнатной", относятся к началу 1950-х годов. Обнаружение сверхпроводника при комнатной температуре «имело бы огромное технологическое значение и, например, помогло бы решить мировые энергетические проблемы, создать более быстрые компьютеры, создать новые запоминающие устройства и задействовать сверхчувствительные датчики, среди многих других возможностей».
Можно ли создать сверхпроводящий материал при комнатной температуре и атмосферном давлении?
Отчеты
С момента открытия высокотемпературных сверхпроводников сообщалось, что некоторые материалы являются сверхпроводниками при комнатной температуре , хотя большинство из этих сообщений не подтвердились.
В 2000 году , в то время извлечения электронов из алмаза в ходе ионной имплантации работы, Йохан Принс утверждал, что наблюдается явление , что он , как объяснено при комнатной температуре в течение сверхпроводимости фазы , образованной на поверхности типа кислородно-легированных IIa алмазов в 10 -6 мбар вакууме .
В 2003 году группа исследователей опубликовала результаты по высокотемпературной сверхпроводимости в гидриде палладия (PdH x : x> 1) и объяснение в 2004 году. В 2007 году та же группа опубликовала результаты, предполагающие температуру сверхпроводящего перехода 260 К. температура увеличивается с увеличением плотности водорода внутри решетки палладия. Эта работа не была подтверждена другими группами.
В 2012 году в статье Advanced Materials говорится о сверхпроводящем поведении графитового порошка после обработки чистой водой при температурах до 300 К и выше. До сих пор авторам не удалось продемонстрировать наличие четкой фазы Мейснера и исчезновение сопротивления материала.
В 2014 году в статье, опубликованной в журнале Nature, было высказано предположение, что некоторые материалы, в частности YBCO ( оксид иттрия, бария, меди ), могут быть превращены в сверхпроводники при комнатной температуре с использованием инфракрасных лазерных импульсов.
В 2015 году в статье, опубликованной в журнале Nature исследователи из Института Макса Планка, было высказано предположение, что при определенных условиях, таких как экстремальное давление, H 2 S переходит в сверхпроводящую форму H 3 S при 150 ГПа (примерно в 1,5 миллиона раз превышающем атмосферное давление) в ячейке с алмазной наковальней. . Критическая температура составляет 203 K (-70 ° C), что будет самым высоким значением T c из когда-либо зарегистрированных, и их исследования показывают, что другие водородные соединения могут иметь сверхпроводимость при температуре до 260 K (-13 ° C), что соответствует исходным исследованиям. Эшкрофта.
В 2018 году Дев Кумар Тапа и Аншу Пандей из отдела твердотельной и структурной химии Индийского института науки в Бангалоре заявили о наблюдении сверхпроводимости при атмосферном давлении и комнатной температуре в пленках и гранулах наноструктурированного материала, состоящего из частиц серебра. залита золотой матрицей. Из-за схожих характеристик шума предположительно независимых сюжетов и отсутствия в публикации экспертной оценки результаты были поставлены под сомнение. Хотя исследователи подтвердили свои выводы в более поздней статье в 2019 году, это утверждение еще предстоит проверить и подтвердить.
Также в 2018 году исследователи отметили возможную сверхпроводящую фазу при 260 К (-13 ° C) в декагидриде лантана при повышенном (200 ГПа ) давлении.
В 2019 году материалом с самой высокой допустимой температурой сверхпроводимости был декагидрид лантана под высоким давлением (LaH 10 ), температура перехода которого составляет примерно 250 К (-23 ° C).
В октябре 2020 года сообщалось о сверхпроводимости при комнатной температуре при 288 K (при 15 ° C) в углеродистом гидриде серы при очень высоком давлении (267 ГПа), вызванном кристаллизацией с помощью зеленого лазера.
В марте 2021 года было объявлено о сверхпроводимости при комнатной температуре в слоистом иттрий-палладий-гидронном материале при 262 К и давлении 187 ГПа. Палладий может действовать как катализатор миграции водорода в материале.
Теории
Теоретическая работа британского физика Нила Эшкрофта предсказала, что твердый металлический водород при чрезвычайно высоком давлении (~ 500 ГПа ) должен стать сверхпроводящим примерно при комнатной температуре из-за его чрезвычайно высокой скорости звука и ожидаемой сильной связи между электронами проводимости и колебаниями решетки ( фононы ). Это предсказание еще предстоит проверить экспериментально, поскольку давление для получения металлического водорода неизвестно, но может быть порядка 500 ГПа .
Команда из Гарвардского университета заявила, что создала металлический водород, и сообщает о давлении 495 ГПа. Хотя точная критическая температура еще не определена, слабые признаки возможного эффекта Мейснера и изменения магнитной восприимчивости при 250 К, возможно, появились в ранних испытаниях магнитометра на исходном ныне утерянном образце и анализируются французской командой, работающей с пончиком. формы, а не плоские на концах ромбовидной калетты.
В 1964 году Уильям А. Литтл предположил возможность высокотемпературной сверхпроводимости в органических полимерах . Это предложение основано на спаривании электронов, опосредованном экситонами , в отличие от спаривания, опосредованного фононами в теории БКШ .
В 2004 году Эшкрофт вернулся к своей идее и предположил, что соединения, богатые водородом, могут становиться металлическими и сверхпроводящими при более низких давлениях, чем водород. В частности, он предложил новый способ предварительного химического сжатия водорода, исследуя гидриды IVa.
В 2016 году исследования показали связь между гидридом палладия, содержащим небольшие примеси наночастиц серы, как правдоподобное объяснение аномальных переходных падений сопротивления, наблюдаемых во время некоторых экспериментов, и поглощение водорода купратами было предложено в свете результатов 2015 года в H 2 S как правдоподобное объяснение кратковременных падений сопротивления или «USO», замеченное в 1990-х годах Chu et al. во время исследований после открытия YBCO . Также возможно, что, если объяснение биполяронов верно, обычно полупроводниковый материал может переходить при некоторых условиях в сверхпроводник, если превышен критический уровень переменного спинового взаимодействия в одной плоскости внутри решетки; это могло быть задокументировано в очень ранних экспериментах с 1986 года. Лучшей аналогией здесь было бы анизотропное магнитосопротивление , но в этом случае результатом будет падение до нуля, а не уменьшение в очень узком температурном диапазоне для тестируемых соединений, подобных " re -входящая сверхпроводимость ».
В 2018 году была обнаружена поддержка электронов, имеющих аномальные спиновые состояния 3/2 в YPtBi. Хотя YPtBi является относительно низкотемпературным сверхпроводником, это предполагает другой подход к созданию сверхпроводников.
Также было обнаружено, что многие сверхпроводники, в том числе купраты и пниктиды железа , имеют два или более конкурирующих механизма, борющихся за доминирование ( волна плотности заряда ) и экситонные состояния, так же, как с органическими светоизлучающими диодами и другими квантовыми системами, добавляя правильный спиновой катализатор. может само по себе увеличивать T c . Возможным кандидатом может быть иридий или золото, помещенные в некоторые из соседних молекул или в виде тонкого поверхностного слоя, поэтому правильный механизм затем распространяется по всей решетке, подобно фазовому переходу. Пока это предположение; Были предприняты некоторые усилия, в частности добавление свинца в BSCCO , который, как хорошо известно, способствует образованию фаз с высоким T c только за счет химии. Однако релятивистские эффекты, подобные тем, которые обнаруживаются в свинцово-кислотных батареях, могут быть ответственны за это, предполагая, что аналогичный механизм в купратах на основе ртути или таллия может быть возможен с использованием родственного металла, такого как олово .
Любой такой катализатор должен быть химически неактивным, но иметь свойства, которые влияют на один механизм, но не на другие, а также не мешают последующим этапам отжига и оксигенации, а также не изменяют чрезмерно резонансы решетки. Возможным обходным решением обсуждаемых проблем могло бы быть использование сильных электростатических полей, чтобы удерживать молекулы на месте во время одного из этапов, пока не сформируется решетка.
Некоторые исследовательские усилия в настоящее время продвигаются в направлении тройных супергидридов , где было предсказано, что Li 2 MgH 16 будет иметь T c 473 K (200 ° C) при 250 ГПа (намного больше, чем то, что обычно считается комнатной температурой).
Смотрите также
- Постоянный ток - Постоянный электрический ток, не требующий внешнего источника питания