Физики продвигаются вперед в гонке сверхпроводимости при комнатной температуре

Менее двух лет назад мир науки был потрясен открытием материала, способного к сверхпроводимости при комнатной температуре. Теперь команда физиков из Университета Невады в Лас-Вегасе (UNLV) еще раз повысила планку, воспроизведя этот подвиг при самом низком давлении из когда-либо зарегистрированных.

Чтобы быть ясным, это означает, что наука ближе, чем когда-либо, к пригодному для использования воспроизводимому материалу, который однажды может произвести революцию в способах транспортировки энергии.

Это были международные заголовки в 2020 году, обнаружив Сверхпроводимость при комнатной температуре впервые Автор: физик UNLV Ашкан Саламат и его коллега Ранга Диас, физик из Рочестерского университета. Чтобы достичь этого подвига, ученые привели химическую смесь углерода, серы и водорода сначала в металлическое состояние, а затем в сверхпроводящее состояние при комнатной температуре, используя чрезвычайно высокое давление — 267 гигапаскалей — условия, которые можно найти только в природе вблизи центра Земли. Земля.

Продвигаясь со скоростью менее двух лет, исследователи теперь могут совершить подвиг всего за 91 гигапаскаль — примерно треть давления, о котором сообщалось изначально. Новые результаты были опубликованы в качестве предварительной статьи в журнале химическая связь Этот месяц.

Супер открытие

Благодаря детальной настройке состава углерода, серы и водорода, использованного в первоначальном прорыве, исследователи теперь могут производить материал при низком давлении, который сохраняет свое состояние сверхпроводимости.

«Это давление на уровне, который трудно понять и оценить за пределами лаборатории, но наш текущий курс показывает, что можно достичь относительно высоких температур проводимости при постоянно низких давлениях — и это наша конечная цель», — сказал руководитель исследования. автор Грегори Александр Смит. Аспирант-исследователь UNLV Лаборатория экстремальных условий в Неваде (Нексель). «В конце концов, если мы хотим сделать устройства полезными для нужд общества, мы должны уменьшить давление, необходимое для их создания».

Хотя давление по-прежнему очень велико — примерно в тысячу раз выше, чем то, которое вы могли бы испытать на дне Марианской впадины в Тихом океане, — оно продолжает стремиться к цели, приближающейся к нулю. Это жаркая гонка в UNLV, поскольку исследователи лучше понимают химические отношения между углеродом, серой и водородом, из которых состоит материал.

«Наши знания о взаимосвязи между углеродом и серой быстро расширяются, и мы находим соотношения, которые приводят к значительно другим и более эффективным реакциям, чем первоначально наблюдаемые», — сказал Саламат, который руководит NEXCL в UNLV и внес свой вклад в последнее исследование. «Наблюдение за такими разными явлениями в похожей системе только показывает богатство Матери-природы. Так много нужно понять, и каждое новое достижение приближает нас к грани повседневных сверхпроводящих устройств».

Святой Грааль энергоэффективности

Сверхпроводимость — увлекательное явление, впервые обнаруженное более века назад, но только при значительно более низких температурах была исключена любая идея практического применения. Только в 1960-х годах ученые выдвинули гипотезу, что этот подвиг возможен при еще более высоких температурах. Открытие в 2020 году Саламатом и его коллегами сверхпроводника при комнатной температуре взбудоражило мир науки отчасти потому, что эта технология поддерживает электрический ток без сопротивления, а это означает, что мощность, проходящая через электрическую цепь, может передаваться бесконечно и без потерь энергии. Это может иметь серьезные последствия для хранения и передачи энергии, поддерживая все, от более качественных аккумуляторов сотовых телефонов до более эффективной энергосистемы.

«Глобальный энергетический кризис не показывает признаков замедления, а затраты растут отчасти из-за того, что энергосистема США ежегодно теряет почти 30 миллиардов долларов из-за неэффективности современных технологий», — сказал Саламат. «Для социальных изменений нам нужно лидировать с помощью технологий, и я считаю, что работа, которая ведется сегодня, находится в авангарде завтрашних решений».

По словам Саламата, свойства сверхпроводников могут стать основой для нового поколения материалов, которые могут коренным образом изменить энергетическую инфраструктуру в Соединенных Штатах и ​​за их пределами.

«Представьте себе использование энергии в Неваде и передачу ее по всей стране без каких-либо потерь энергии», — сказал он. «Эта технология может однажды сделать это возможным».

Ссылка: «Содержание углерода увеличивает высокотемпературную сверхпроводимость в гидриде углерода и серы ниже 100 ГПа» Дж. Александр Смит, Иннес Э. Коллингс, Эллиот Снайдер, Дин Смит, Сильвен Петтигерард и Джесси С. Эллисон, Кейт Ф. Лоулер, Ранджа Б. Диас и Ашкан Саламат, 7 июля 2022 г., доступно здесь. химическая связь.
DOI: 10.1039 / D2CC03170A

Смит, ведущий автор, является бывшим исследователем UNLV в лаборатории Саламата и нынешним аспирантом в области химии и исследований в NEXCL. Среди других авторов исследования Саламат, Дин Смит, Пол Эллисон, Мелани Уайт и Кит Лоулер из UNLV; Ранга Диас, Эллиот Снайдер и Элиз Джонс из Университета Рочестера; Инес Э. Коллингс из Швейцарской федеральной лаборатории материаловедения и технологии, Сильвен Петтигерард из Швейцарской высшей технической школы Цюриха; и Джесси С. Смит из Аргоннской национальной лаборатории.