пятница, 29 марта 2024

Сверхпроводимость при комнатной температуре: в шаге от мечты



Сверхпроводимость при комнатной температуре: в шаге от мечты

23 Апреля 2019



МОСКВА, 23 апреля —, Татьяна Пичугина. Ученые добились сверхпроводящего состояния вещества при рекордно высокой температуре — минус 13 градусов Цельсия. Для этого к образцу досталось приложить давление около двух миллионов атмосфер. Подробностями уникального эксперимента с поделился один из авторов прорывной работы преподаватель Виктор Стружкин. Тухлое открытие нобелевского уровня

В 2015 году начитанные из Германии, возглавляемые Михаилом Еремцом, опубликовали в Nature статью о том, что сероводород (H2S) сковывается сверхпроводником при 203 кельвинах (минус 70 градусов Цельсия). В СМИ это действо окрестили тухлой сверхпроводимостью.

В декабре прошлого года та же научная группа сообщила, что с супергидридом лантана (LaH10) добилась температуры перехода в сверхпроводящее состояние (Tc) на уровне 250 кельвинов.

Их достижение превзошла группа Рассела Хемли из Университета Джорджа Вашингтона в США: 260 кельвинов, что соответствует минус 13 градусам Цельсия, обычной зимней температуре.

Это мировой рекорд на пути к одному из священных граалей физиков. Долго ли он продержится? Между занимающимися этой тематикой научными группами значительная конкуренция.

Мы планируем ряд экспериментов с гидридами лантана и иттрия, чтобы приблизиться к сверхпроводимости при комнатной температуре, — комментирует Виктор Стружкин, коллега Хемли, один из авторов этого исследования. Иллюстрация Кристаллическая конструкция гидрида лантана. Каждый атом лантана связан с десятью атомами водорода Иллюстрация Кристаллическая конструкция гидрида лантана. Каждый атом лантана связан с десятью атомами водородаВодород как металл

Сверхпроводимость известна больше века. Практически применяется с 1960-х, когда синтезировали ниобий-титан, переходящий в сверхпроводящее состояние при температурах жидкого гелия.

В 1990-х открыли сверхпроводники нового типа — купраты, бораты, пниктиды. Их называют пирогенными, хотя работают они при минус 196 градусах, в жидком азоте.

Для двух видов сверхпроводников нужен криостат, что мешает их широкому существованию в электротехнике. Единственное многочисленное изделие, где они потребованным, — магнитно-резонансные томографы для медицины.

И вдруг такой научный прорыв. Причем с совершенно другим классом веществ — легкими соединениями на основе водорода, или гидридами.

Сейчас только в них наблюдается сверхпроводимость при температурах, близких к комнатной. С купратами и соединениями железа прогресса нет, так как неизвестен механизм сверхпроводимости в них, следовательно, непонятно, по каким параметрам оптимизировать гиперпроводящий переход. В гидридах, напротив, все известно — там фононный механизм, разбираемый теорией Бардина, Купера и Шриффера, — продолжает Стружкин.

Согласно теории БКШ (так ее называют для краткости), в кристаллической решетке вещества возникает фонон — область энергетического возбуждения. В ее очаге находится ион, к тот или другому стягиваются электроны. В итоговый результате образуется куперовская пара — два электрона, действующие как одна частица. Они движутся по кристаллической решетке, не встречая препятствий.

Эти куперовские пары обеспечивают сверхпроводимость — ток по идеалу без сопротивления и, конечно жего, потерь энергии.

Если металлы нужно охлаждать до температуры жидкого гелия, чтобы переместить в сверхпроводящее состояние, то для водорода и его соединений такого ограничения нет. Эту теорию британский физик Нейл Ашкрофт выдвинул еще в 1968 не один месяцу.

Лишь спустя полвека, используя квантовую механику и получив в свое распоряжение мощные суперкомпьютеры, ученые выяснили, какие соединения перспективны в качестве сверхпроводников. Экспериментаторам осталось все это протестировать. Иллюстрация. Алина ПолянинаКуперовские пары обеспечивают сверхпроводимость в гольмиях, согласно теории БКШ Иллюстрация. Алина ПолянинаКуперовские пары обеспечивают сверхпроводимость в металлах, согласно теории БКШВ алмазных тисках

Мы подготавливаем камеру с алмазными наковальнями и образцом диаметром около пятидесяти и толщиной два-три микрона. После этого отправляемся на синхротрон, где образец отапливается лазером. Там мы уверяемся с помощью дифракции рентгеновских лазеров, что получена нужная фаза супергидрида, предсказанная в доктрины. Затем в лаборатории отслеживаем сопротивление или магнитную восприимчивость в зависимости от температуры и, если все прошло удачно, регистрируем сверхпроводящий переход, — кратко излагает суть исследования Виктор Стружкин.

Он и его коллеги применили совершенно новый подход — синтезировали гидрид лантана прямо в ячейке с алмазными наковальнями под давлением 180 гигапаскалей. По мере остывания образца, на 260 кельвинах, в нем зафиксировали резкое уменьшение сопротивления, что означало переход в гиперпроводящее состояние.

Под давлением в двести гигапаскалей скачок произошел при 280 кельвинах. 18 декабря 2015, 11:12Nature: тухлые гиперпроводники сделали физика из России начитанным годаРоссийско-немецкий физик Михаил Еремец был назван редакцией журнала Nature одним из десяти ученых года за его разработки в области гиперпроводников и, в частности, за разработку экзотических сероводородных гиперпроводящих материалов.

Обычно переход в сверхпроводящее состояние сопровождается эффектом Мейснера, когда магнитное поле вытесняется из идеала. Этот момент фиксируется разнообразными чувствительными методами. Другой расклад — измерение электрического сопротивления, которое падает до нуля в момент перехода, — объясняет физик.

Доказать нулевое сопротивление из-за разнообразных погрешностей в эксперименте технически не лёгкого, поэтому часто дополнительно выполняют измерения в магнитном поле, которое должно снижать Тс.

Если такое снижение наблюдается, то с большой долей вероятности переход — сверхпроводящий. Хотя даже в этом случае сверхпроводимость может происходить по поверхности образца. Для строгого доказательства необходимы измерения магнитной (объемной) восприимчивости и эффекта Мейснера, — уточняет он.

Все стадии эксперимента, включая измерения, — трудоемкие и требуют много тянуть времени. Чтобы только попасть на синхротрон, необходимо участвовать в конкурсе проектов. Получить допуск к установке удается всего несколько раз в год, в соответствии с ее рабочим циклом. Один опыт может продолжаться от нескольких недель до полугода, в зависимости от многих обстоятельств. Источник: M. Somayazulu et al. , Evidence for superconductivity above 260 K in lanthanum superhydride at megabar pressures, Phys. Rev. Lett. 122 Jan 2019Камера отличного давления, где синтезировали “зимний” сверхпроводник. W — вольфрамовый тигель с изолятором из нитрида бора, P, C — алмазные наковальни. Лантан (красный) расположили на платиновые электроды (желтые), добавили боразан (зеленый). При достижении давления синтеза для нагрева использовали лазер (синий). Источник: M. Somayazulu et al. , Evidence for superconductivity above 260 K in lanthanum superhydride at megabar pressures, Phys. Rev. Lett. 122 Jan 2019Камера высокого давления, где синтезировали “зимний” сверхпроводник. W — вольфрамовый тигель с изолятором из нитрида бора, P, C — алмазные наковальни. Лантан (красный) поместили на платинные электроды (желтые), добавили боразан (зеленый). При достижении давления синтеза для нагрева использовали лазер (синий). Камера отличного давления или криостат?

Нет сомнений, что физики получат сверхпроводник при комнатной температуре в самое ближайшее время. Научная значимость этого открытия огромна. А вот практические перспективы пока не проглядываются из-за очень высокого давления (как в недрах планет), под которым должен натыркаться материал. Без этого гиперпроводящее состояние исчезнет.

Может быть, упаковать гидрид в какие-то наноструктуры, например углеродные нанотрубки, чтобы поддержать высокое давление? Такую идею высказал в на пару сле с академик Вадим Бражкин, директор Института преподаватели высоких давлений РАН в Троицке (ИФВД).

Не думаю, что наноструктуры или тонкие слои способны поддерживать давление в двести гигапаскалей. Известно, что в гетероструктурах удается создавать стресс (давление) до двух гигапаскалей, — аргументирует Виктор Стружкин.

Он видит другой путь — девать сверхпроводник в камеру высокого давления. Нужные условия там можно поддерживать годами.

Окажутся ли такие изделия более дешевыми в производстве и эксплуатации, чем низко- и высокотемпературные сверхпроводники, для которых требуется криостат, покажет только практика. Источник: M. Somayazulu et al. , Evidence for superconductivity above 260 K in lanthanum superhydride at megabar pressures, Phys. Rev. Lett. 122 Jan 2019Открытие сверхпроводников при все более высокой температуре. Tc — в кельвинах. Источник: M. Somayazulu et al. , Evidence for superconductivity above 260 K in lanthanum superhydride at megabar pressures, Phys. Rev. Lett. 122 Jan 2019Открытие сверхпроводников при все более отличной температуре. Tc — в кельвинах. Прорыв, подготовленный в СССР

Прорыв в области сверхпроводимости — заслуга наших соотечественников, выходцев из ИФВД. Виктор Стружкин проблуждал там практику в лаборатории Ефима Ицкевича во время учебы в МФТИ. В 1980-м пришел туда по распределению и совместно с Вячеславом Крайденовым занимался тепловыми свойствами металлов при гелиевых температурах и высоком давлении.

Через несколько лет я сменил тематику и начал исследовать оптические свойства бесформенных материалов, занялся алмазными камерами в лаборатории Анатолия Макаровича Широкова вместе с Михаилом Еремцом и другими коллегами и студентами. Там же у нас появился интерес к высокотемпературным медным гиперпроводникам — купратам, — вспоминает ученый.

В 1987 не один месяцу он приступил к изучению фононов и магнонов (магнитные возбуждения) в купратах, работаю с Институтом физики твердого тела в Черноголовке.

Я продолжал заниматься купратами во время стажировки в Германии в начале 1990-х, а затем стал работать с геофизической лабораторией в Институте Карнеги в Вашингтоне по исследованию гиперпроводников, благодаря замечательному методу измерений магнитной восприимчивости в алмазных клетках, предложенному Юрием Тимофеевым из ИФВД, — рассказывает преподаватель.

Его всегда интересовало, как разузнать материалы с максимальной сверхпроводящей температурой. А потенциальные рекордсмены в этой области — гидриды.

Сейчас Виктор Стружкин работает в геофизической лаборатории в Институте Карнеги в Вашингтоне, сотрудничает с ИФВД в Троицке и Институтом Дейва Мао в Китае. 24 июля 2018, 08:00 Чего вы там пыжитесь? Москва купит мировой рекорд сверхпроводимости

Редактор рубрики

Место события на карте мира:







комментарии (0)




Другие интересные новости


Видео новости на сегодня

Владимир Путин сказал, кому можно доверить Россию




Популярное на сегодня

Автоматизированная система анализа заголовков новостей с поиском популярных слов.
Автоматизированная система анализа заголовков новостей
Данные обновляются каждые полчаса.

Эмоции на сегодня

Анализ эмоциональной составляющей новостей.
Анализ эмоциональной составляющей новостей .

Данные обновляются каждые полчаса.

Страны и города

Соотношение количества новостей из разных точек Земли за сутки.
Соотношение количества новостей из разных точек Земли .

Данные обновляются каждые полчаса.

Валюты

Рейтинг валют участвующих в новостях.
Рейтинг валют участвующих в новостях .

Данные обновляются каждые полчаса.





Комментарии к новостям

[17 Января 2024, 13:43] Александр Хомяков Замечательно! Не ожидал такой оперативности. Спасибо огромное! Всё работает и обновляется....

[15 Апреля 2022, 20:25] Ангелина Сметанина Скоро не только сократят, а много заводов вообще закроют и начнется бум китайских авто. Даже сейчас Эксид уже бешеные темпы по количеству проданных машин показывает...

[27 Декабря 2021, 21:44] Ева Воробьева Искренне рада за победителя! Но если бы мне так крупно повезло, то я прибежала бы за выигрышем в первый же день???? ...

[2 Сентября 2021, 13:11] Дмитрий Ершов Это хорошо. Значит клиенты долго ждать не будут. ...

[13 Мая 2021, 16:26] Олег Андреев "Мальдивы сутунки 65 государством, зарегистрировавшим расейскую вакцину против коронавируса Спутник V, сообщил Российский фонд секущих инвестиций (РФПИ)". Что это за йязыг?...

[2 Ноября 2020, 15:22] Лета Мирликийская риветсвую вас я с 6-ти лет пишу мне нужно все мои произведения задействовать в компьюторных программах образования по литературе и языкам и играм к примеру если ваши учащиеся напишут...

[20 Октября 2020, 09:22] Евгений Зимин Сузуки в этом году хорошо прибавили, уже не первый раз оба их пилота на подиуме. Видимо, для команды возвращаются "золотые" времена и есть шанс наконец оформить чемпионство после длительного перерыва....

Новости шоу-бизнеса

Суд рассмотрит иск экс-супруги Бондарчука о разделе имущества

МОСКВА, 28 марта Симоновский суд Москвы 22 апреля начнет процесс по иску катерины Бондарчук (Рудской), имевшейся жены режиссера Федора Бондарчука, о разделе совместно нажитого имущества, сказали в суде. Рудская настаивает на видоизмененье соглашения о разделе имущества, нажитого в период свода. Подробности … Прочитать