Топол суперпроводник под висок притисок
15 октомври 2020 година - На собна температура, сулфур хидрид што содржи јаглерод во ќелија со дијамантски наковална, покажува спроводливост на струја без отпор.
Со децении, физичарите од цврста состојба бараат суперпроводници со сè повисоки температури на транзиција. Керамичките бакарни оксиди се менуваат во суперспроводлива состојба при нормален притисок од 138 Келвин. Од друга страна, под висок притисок, соединенијата богати со водород достигнуваат уште повисоки температури на транзиција. Сега физичарите кои работат со Ранга Диас од Универзитетот Рочестер успеаја за прв пат да развијат суперпроводник на ладна собна температура од 288 Келвин. За да го направите ова, сепак, сулфур хидридот што содржи јаглерод мораше да се компресира во ќелија со наковална дијамант со 267 гигапаскали.
Диас и неговите колеги ги фокусираа своите истражувања на водородот. „Бидејќи за да добиете суперпроводник за високи температури, потребни ви се силни врски и лесни елементи“, вели Диас. Водородните молекули со своите силни хемиски врски ги исполнуваат токму овие услови. Бидејќи чистиот водород е тешко да се претвори во метална состојба дури и под висок притисок, истражувачите синтетизирале соединение на сулфур кое било богато со водород и содржело и јаглерод. За да го направат ова, тие најпрво ги притиснаа елементарниот сулфур и јаглеродот заедно во избалансиран моларен однос во ќелијата на дијамант. Потоа тие пуштија водороден гас да тече околу овој примерок. Фотохемиски процес започна под ласерско светло, кое потоа произведе сулфур хидрид богат со јаглерод.
За да се претвори овој материјал во суперпроводник, неопходни беа екстремно високи притисоци. Затоа, Диас и колегите извршија притисок до примерокот до 267 гигапаскали - тоа е приближно 2,5 милиони пати повеќе од атмосферскиот притисок. Под овој притисок, електронските својства на материјалот драматично се променија. Сулфурниот хидрид покажа спроводливост на струја без отпор дури и на 287,7 Келвин - т.е. на околу собна температура - што може да се измери со поврзани платински електроди. На друг суперпроводнички тест, истражувачите барале дијамагнетна транзиција во магнетната подложност. Со зголемување на притисокот, јасно намалување на чувствителноста се префрли на повисоки и повисоки температури. Тие покажаа највисока температура на транзиција на 198 Келвин и притисок од 189 гигапаскали. Дури и повисоки притисоци не може да се изградат експериментално во овој тест за магнетно поле заради малата големина на примерокот од 25 до 35 микрометри.
Овој експеримент покажува дека соединенијата богати со водород всушност ја формираат основата за сè пожешки метални суперпроводници. Пред тоа, работната група околу Михаил Ереметс во Институтот за хемија Макс Планк во Мајнц го држеше рекордот на температурата. Во експеримент под висок притисок минатата година, тие исто така покажаа дека лантаниум хидрид (LaH10) повеќе не покажува електричен отпор на критична температура од минус 23 степени Целзиусови и 170 гигапаскали. Бидејќи суперспроводливоста не може јасно да се демонстрира само со мерења на отпор, истражувачите исто така направија дополнителни мерења на магнетното поле. Тие забележале дека магнетното поле ја нарушува суперспроводливоста, префрлувајќи го преминот кон пониски температури. Неколку години порано, Ереметс и неговите колеги откриле дека водород сулфидот станува суперспроводлив под притисок од 250 гигапаскали под минус 70 степени Целзиусови.
Но, и покрај високата температура на транзиција, новиот сулфур хидрид богат со јаглерод не е погоден ниту за електрични водови. Бидејќи технички, ваквите високи притисоци можат да се постигнат само со мали примероци во клетките на дијамантската наковална. Сепак, Диас е оптимист да биде на вистинскиот пат со своите соединенија богати со водород. Со промена на составот на хидридните соединенија, тој се надева дека ќе може да приближи суперпроводник на собна температура и истовремено при сè помали притисоци. Ако ова успее, тоа не само што ќе привлече далноводи без загуби, што може да заштеди голем број на електрани. Таквите жешки суперпроводници може да бидат интересни и за возови за магнетна левитација, за помоќни томографи со магнетна резонанца, па дури и за специјални типови на квантни компјутери.