"Vjerujemo da je ovo sada novo razdoblje superprovodljivosti", rekao je Russell Hemley, znanstvenik o materijalima sa Sveučilišta George Washington u Washingtonu, D.C., mnoštvu istraživača 4. ožujka na ožujkom sastanku Američkog fizičkog društva.
Slike su osvjetljavale ekran iza njega: shema uređaja za drobljenje sitnih stvari između supertvrdih točaka suprotnih dijamanata, grafikoni temperature i električnog otpora, užarena kuglica s hrapavim, crnim "X" prošarana je po njenom središtu.
Ta posljednja slika bila je utjelovljenje same nove ere: maleni uzorak lahidanovog superhidrida (ili LaH10) stisnut na pritiske slične onima koji su pronađeni u zemljinoj jezgri i zagrijan laserom na temperature koje se približavaju žustrom kasno-zimskom danu u Novoj Engleskoj , (To je spaljivanje topline standardima istraživanja superprevodljivosti, obično se provodi u ekstremnim laboratorijskim hladnoćama.) U tim uvjetima, otkrili su Hemley i njegov tim, čini se da LaH10 prestaje odolijevati kretanju elektrona između njegovih atoma. Čini se da je, kako je to Hemley nazvao u svom govoru o APS-u i u radu objavljenom 14. siječnja u časopisu Physical Review Letters, "supravodič na sobnoj temperaturi".
Smrznuta znanost
Još 1911. nizozemski fizičar Heike Kamerlingh Onnes otkrio je da pri ekstremno niskim temperaturama određene tvari pokazuju neobična električna svojstva.
U normalnim okolnostima, električna struja koja prolazi kroz provodni materijal (poput bakrene žice) izgubit će neki intenzitet na putu. Čak su i vrlo dobri vodiči koje koristimo u našim električnim mrežama nesavršeni i ne uspijevaju prenijeti svu energiju iz elektrane u zidnu utičnicu. Neki se elektroni samo izgube na putu.
Ali superprovodnici su različiti. Električna struja uvedena u petlju supravodljive žice i dalje će kružiti zauvijek, bez ikakvih gubitaka. Superprovodnici istiskuju magnetska polja i zato snažno odgurnu magnete. Imaju primjene u brzom računarstvu i drugim tehnologijama. Problem je u tome što ih vrsta ekstremno niskih temperatura na kojima obično rade supravodiči nepraktično za uobičajenu upotrebu.
Lov bez karte
Više od jednog stoljeća fizičari su lovili na supravodljivost u toplijim materijalima. No, pronalaženje supravodljivosti nešto je poput sjajnog zlata: Dosadašnje iskustvo i teorije možda bi vam u širokoj mjeri rekli gdje to tražiti, ali zapravo nećete znati gdje je sve dok ne obavite skup, dugotrajan posao provjere.
"Imate toliko materijala. Imate ogroman prostor za istraživanje", rekla je Lilia Boeri, fizičarka sa Sveučilišta u Sapienzi u Rimu, koja je predstavila rad nakon što je Hemley istražio mogućnost superprevodnika još toplijih od LaH10 i objasnio zašto su materijali poput ovog superprevodni pri ekstremnim pritiscima.
Godine 1986. istraživači su otkrili keramiku koja je bila superprovodna pri temperaturama čak 30 stupnjeva iznad apsolutne nule, odnosno minus 406 stupnjeva Farenhajta (minus 243 stupnja Celzija). Kasnije, u devedesetima, istraživači su najprije ozbiljno pogledali vrlo visoke pritiske, kako bi vidjeli mogu li otkriti nove vrste supravodiča.
Ali u tom je trenutku, rekao je Boeri Live Scienceu, još uvijek nije bilo dobrog načina da se utvrdi hoće li neki materijal biti superprovodljiv ili na kojoj će se temperaturi učiniti sve dok ga ne testiraju. Kao rezultat toga, kritični temperaturni zapisi - temperature na kojima se pojavljuje superprovodnost - ostali su vrlo niski.
"Teoretski je okvir postojao, ali nisu ga mogli koristiti", rekao je Boeri.
Sljedeći veliki pomak dogodio se 2001. godine, kada su istraživači pokazali da je magnezijev diborid (MgB2) superprovodljiv na 39 stupnjeva iznad apsolutne nule, odnosno minus 389 F (minus 234 C).
"bila je prilično niska", rekla je, "ali u to je vrijeme bio veliki pomak, jer je pokazao da možete imati supravodljivost s kritičnom temperaturom koja je dvostruko veća od onoga što se prije mislilo da je moguće."
Drobljenje vodika
Od tada se lov na tople superprovodnike pomaknuo na dva ključna načina: Znanstvenici su shvatili da lakši elementi pružaju mučne mogućnosti za supravodobno provođenje. U međuvremenu su računalni modeli napredovali do te mjere da su teoretičari mogli unaprijed precizno predvidjeti kako će se materijali ponašati u ekstremnim okolnostima.
Fizičari su krenuli na očigledno mjesto.
"Dakle, želite koristiti svjetlosne elemente, a najlakši element je vodik", rekao je Boeri. "Ali problem je sam vodik - to se ne može učiniti suprovodnim, jer je to izolator. Dakle, da biste imali superprevodnik, prvo ga morate pretvoriti u metal. Morate mu učiniti nešto i najbolje što možete učiniti. je stisnuti. "
U kemiji metal je gotovo svaka zbirka atoma spojenih zajedno, jer oni sjede u juhi bez protoka elektrona. Većina materijala koji nazivamo metalima, poput bakra ili željeza, su metalni na sobnoj temperaturi i pri ugodnom atmosferskom pritisku. Ali drugi materijali mogu postati metali u ekstremnijim uvjetima.
U teoriji, vodik je jedan od njih. Ali postoji problem.
"To zahtijeva mnogo veći pritisak nego što se može učiniti postojećom tehnologijom", rekao je Hemley u svom govoru.
To ostavlja istraživačima lov na materijale koji sadrže puno vodika koji će tvoriti metale - i, nadamo se, postati superprovodni, na dostižnim pritiscima.
Upravo sada, rekao je Boeri, teoretičari koji rade s računalnim modelima nude eksperimentalistima materijale koji mogu biti superprovodnici. A eksperimentalisti biraju najbolje opcije za testiranje.
Ipak, postoje ograničenja u vrijednosti tih modela, rekao je Hemley. Nije svako predviđanje moguće u laboratoriju.
"U ovom se radu vrlo učinkovito mogu koristiti proračuni, ali to treba učiniti kritički i pružiti na kraju eksperimentalne testove", rekao je okupljenoj gomili.
Izgleda da je Hemley i njegov tim "supravodikovod pri sobnoj temperaturi" LaH10 najuzbudljiviji rezultat do sada iz nove ere istraživanja. Srušen na oko milijun puta veći pritisak tla Zemljine atmosfere (200 gigapaskala) između točaka dva suprotstavljena dijamanta, čini se da uzorak LaH10 postaje superprovodljiv na 260 stupnjeva iznad apsolutne nule, ili 8 F (minus 13 C).
Čini se da je drugi pokus opisan u istom radu pokazao supravodljivost na 280 stupnjeva iznad apsolutne nule ili 44 ° F (7 C). To je hladna sobna temperatura, ali ne previše teška za postizanje temperature.
Hemley je svoj razgovor završio sugerirajući da bi, na ovom putu, rad pod visokim pritiskom mogao dovesti do materijala koji su superprovodnici i pri toplim temperaturama i pri normalnim pritiscima. Možda materijal, jednom pod pritiskom, može ostati superprovodnik nakon oslobađanja tlaka, rekao je. Ili možda lekcije o kemijskoj strukturi naučene na visokim temperaturama mogu ukazati na put do supravodljivih konstrukcija niskog tlaka.
To bi bila promjena igre, rekao je Boeri.
"Ova stvar je u osnovi fundamentalno istraživanje. Ona nema primjenu", rekla je. "Ali recimo da smislite nešto što djeluje pod pritiskom, recimo, 10 puta niže nego sada. Ovo otvara vrata superprevodnim žicama, drugim stvarima."
Na pitanje očekuje li da u svom životu vidi sobnu temperaturu, sobni tlak, supraduktor, ona je oduševljeno kimnula.
"Svakako", rekla je.
