Pentru prima dată, fizicienii au căpătat superconductivitatea la temperatura camerei

Tocmai, a fost atinsă o nouă etapă majoră în căutarea supraconductivității.

Pentru prima dată, fizicienii au obținut un flux de curent electric fără rezistență la temperatura camerei — la 15 grade Celsius mai sus de zero.

Această realizare a spulberat recordul anterior de -23 de grade Celsius şi a adus perspectiva supraconductivității funcționale la un pas uriaș mai aproape.

„Datorită limitelor temperaturilor scăzute, materialele cu proprietăți atât de extraordinare încă nu au transformat lumea în măsura în care mulți şi-ar fi putut imagina”, fizicianul Ranga Dias de la Universitatea din Rochester a declarat într-un comunicat de presă (en).

„Cu toate acestea, descoperirea noastră va sparge aceste bariere şi va deschide calea către multe aplicații potențiale”.

Vedeţi şi: Supraconductibilitatea grafenului a fost deşteptată

Ce reprezintă superconductivitatea?

Superconductivitatea a fost descoperită pentru prima dată în 1911 şi de atunci a devenit un scop urmărit cu fervoare în fizica materiei condensate.

Ea constă din două proprietăți cheie.

Prima este rezistența zero.

De obicei, fluxul unui curent electric întâmpină un anumit grad de rezistență — un pic similar cu rezistenţa aerului ce împinge înapoi un obiect în mişcare.

Cu cât conductivitatea unui material este mai mare, cu atât rezistenţa electrică este mai mică, iar curentul poate circula mai liber.

A doua, este ceva ce este numit efect Meissner, în care câmpurile magnetice ale materialului supraconductor sunt expulzate.

Aceasta forțează liniile câmpului magnetic să se redirecționeze în jurul materialului.

Dacă un mic magnet permanent este plasat deasupra unui material supraconductor, forța respingătoare a cestor linii de câmp magnetic în va face să leviteze.

Vedeţi şi: Noi legi a atracției: Oamenii de știință au imprimat picături lichide magnetice

Potențialul aplicării supraconductivităţii şi barierele

Aplicațiile potențiale ale supraconductivităţii ar putea revoluționa lumea noastră — de la transportul maglev la reţelele electrice fără pierderi.

Vedeţi şi: Fizicienii tocmai au descoperit un tip complet nou de supraconductibilitate

Dar există o mare problemă.

Materialele supraconductoare sunt de obicei create şi întreținute doar la temperaturi extrem de scăzute, mult sub cele găsite în natură.

Păstrarea materialelor la aceste temperaturi este dificilă şi costisitoare, ceea ce s-a dovedit o barieră practică în calea implementării mai largi.

Încercările anterioare de a primi materialul supraconductibil la temperaturi ridicate

Recent, fizicienii au reușit să primească supraconductibilitatea la temperaturi mai înalte în elemente ușoare, aşa ca sulfura de hidrogen şi hidrura de lantan.

Elementul comun aici este hidrogenul, cel mai uşor element din natură.

Dar hidrogenul ca gaz este un izolator, pentru a-l face supraconductor, trebuie metalizat la presiuni imense.

Vedeţi şi: Hidrogenul a fost transformat în metal, un act uimitor de alchimie

„Pentru a primi un supraconductor la temperatură ridicată, aveți nevoie de legături mai puternice şi elemente mai ușoare.

Acestea sunt cele două criterii de bază.

Hidrogenul este cel mai uşor element, iar legătura de hidrogen este una dintre cele mai puternice”, a spus Dias (en).

„Hidrogenul metalic solid se crede a avea o temperatură Debye (contribuția fotonului la căldura specifică într-un solid) ridicată şi o cuplare puternică electron-foton, ce este necesară pentru supraconductivitatea la temperatura camerei”.

Deoarece hidrogenul metalic pur poate fi creat doar la presiune extremă, condițiile potrivite sunt extrem de dificil de realizat.

În ultimii ani, două echipe au anunţat despre crearea cu succes a acestuia.

În 2017, fizicienii au raportat despre căpătarea hidrogenului metalic la presiuni cuprinse între 465 şi 495 gigapascali şi temperaturi de 5,5 Kelvin (-267,65 grade Celsius)-

În 2019, fizicienii au raportat hidrogen metalic la presiuni de 425 gigapascali şi temperaturi de 80 Kelvin.

Toate aceste încercări sunt departe de a atinge temperatura camerei.

Şi aşa, pentru referinţă, presiunea de la centrul Pământului se încadrează între 330 şi 360 de gigapascali.

Realizarea actuală

Următorul cel mai potrivit material ar fi un metal bogat în hidrogen, cum ar fi sulfura de hidrogen şi hidrura de lantan folosite în experimentele anterioare.

Acestea imită proprietăţile supraconductoare ale hidrogenului metalic pur la presiuni mult mai mici.

Deci, o echipă de fizicieni, condusă de Eliot Snider de la Universitatea din Rochester, a început să experimenteze.

În primul rând, ei au încercat să combine hidrogenul cu ytriul, pentru a crea superhidrură de ytriu.

Vedeţi şi: Fizicienii tocmai au descoperit un tip complet nou de supraconductibilitate

Acest material a prezentat supraconductibilitate la -11 grade Celsius, sub o presiune de 180 de gigapascali.

Apoi, Snider şi echipa sa au încercat să combine carbon, sulf şi hidrogen pentru a crea hidrură de sulf carbonată.

Ei au strâns o mică probă într-o nicovală de diamant şi o evaluau pentru supraconductibilitate.

Şi ei au găsit-o, la 270 gigapascali şi 15 grade Celsius.

Evident, materialul dat este încă departe de a fi utilizat în circumstanţele cotidiene.

Mărimea probei a fost microscopică, între 25 şi 35 de microni, iar presiunea la care a apărut supraconductibilitatea mai rămâne încă destul de impracticabilă.

Următorul pas al cercetării va fi încercarea de a reduce presiunea ridicată necesară pentru reglarea compoziţiei chimice a probei.

Dacă vor reuși să primească amestecul corect, cercetătorii cred că un supraconductor la temperatura camerei şi presiune ambiantă va fi în sfârșit la îndemâna noastră.

Cercetarea a fost publicată în Nature.