Pasiektas naujas aukštos temperatūros superlaidininkų rekordas: tokia temperatūra už lango negąsdintų ir Lietuvoje

Čikagos universiteto mokslininkai priklauso tarptautinei tyrėjų komandai, atradusiai superlaidumą – savybę idealiai praleisti elektros srovę – rekordiškai aukštoje temperatūroje.

Komanda, naudodama pažangią su UChicago susijusios Argonne nacionalinės laboratorijos įrangą, komanda tyrė medžiagų klasę, kurioje superlaidumas pasireiškia maždaug −23 °C (−9 °F, 250 K). Tai – apie 50 laipsnių už ankstesnį patvirtintą rekordą aukštesnė temperatūra.

Nors superlaidumas pasiektas, pasitelkus itin aukštą slėgį, rezultatas vis viena yra didelis žingsnis link galutinio mokslininkų siekio – galimybės naudoti šį reiškinį pažangioms technologijoms kambario temperatūroje. Tyrimo rezultatai buvo publikuoti gegužės 23 dieną Nature žurnale; tyrimo bendraautoriai – Čikagos universiteto profesorius Vitali Prakapenka, ir to paties universiteto postdoktorantas Eran Greenberg.

Kaip kad varinė viela elektrą praleidžia geriau, nei guminis vamzdelis, taip ir kai kurios medžiagos geriau tampa superlaidininkais, t. y. medžiagomis, pasižyminčiomis šiomis dviem savybėmis: nuline elektros varža ir per ją negali pereiti magnetinis laukas. Tokias medžiagas galima panaudoti labai plačiai ir įspūdingai: nuo laidų be energijos nuostolių, nepaprastai sparčių superkompiuterių ir efektyvių magnetinės levitacijos traukinių.

Bet mokslininkams lig šiol pavyko sukurti medžiagas, superlaidumą įgyjančias tik itin žemoje temperatūroje – iš pradžių −240 °C ir nelabai seniai, apie −73 °C. Kadangi toks šaldymas – labai brangus malonumas, plačiau panaudoti tokius superlaidininkus nelabai pavyktų.

Nauji teoriniai skaičiavimai parodė, kad į aukštesnės temperatūros superlaidininkus gali nuvesti nauja medžiagų klasė – superlaidūs hidridai. Max Planck chemijos instituto Vokietijoje mokslininkai drauge su Čikagos universiteto tyrėjais ėmėsi kurti tokias medžiagas, – lantano superhidridus, – tikrinti jų superlaidumą ir nustatinėti jų struktūrą ir sudėtį.

Vienintelis kabliukas – medžiagą reikėjo labai stipriai spausti – tarp 150 ir 170 gigapaskalių (GPa), o tai pusantro milijono karto daugiau už oro slėgį jūros lygyje. Tik veikiama tokio aukšto slėgio medžiaga – mažutėlis, vos kelių mikronų skersmens bandinys – tampa superlaidus rekordiškai aukštoje temperatūroje.

Iš teisų, medžiaga pademonstravo tris iš keturių superlaidumą įrodančių savybių: išnyko elektrinė varža; veikiant magnetiniam laukui, kritinė temperatūra sumažėjo; pakeitus kai kuriuos medžiagos atomus jų izotopais izotopais, temperatūra pakito. Ketvirtoji savybė, – Meissnerio efektas, kai medžiaga išstumia bet kokius magnetinius laukus, – nebuvo užfksuotas. Tyrėjų teigimu, tokio mažo bandinio atveju stebėti šį efektą neįmanoma.

Tyrėjai naudojo Argonne nacionalinės laboratorijos Pažangųjį fotonų šaltinį (Advanced Photon Source), generuojantį itin ryškius aukštos energijos rentgeno spindulius, kuriais atlikti proveržiai nuo baterijų dizainų iki Žemės gelmių geresnio pažinimo ir maedžiagų analizės. Šiame eksperimente Čikagos universiteto mokslininkai suspaudė mažą medžiagos bandinį tap dviejų mažų deimanų ir suspaudė, tada jo struktūrą ir sudėtį ištyrė rentgeno spinduliais.

Kadangi eksperimento metu naudota temperatūra būtų normali didelėje Žemės dalyje, galutinis tikslas – kambario temperatūra, ar bent jau 0 °C, – nebeatrodo nepasiekiamai toli.

Komanda tęsia bendradarbiavimą, ieškodama naujų medžiagų, galinčių būti superlaidininkais priimtinesnėmis sąlygomis.

„Kitas mūsų tikslas – sumažinti slėgį, būtiną naujų bandinių sintezavimui, priartinti kritinę temperatūrą prie įprastinės ir gal net sukurti bandinius, kurie galėtų būti kuriami aukštame slėgyje, tačiau išlaikytų superlaidumą ir normliame slėgyje,“ dėstė Prakapenka. „Toliau ieškome naujų ir įdomių kompozicijų, pateiksiančių naujų ir dažnai netikėtų atradimų.“

phys.org

Daugiau informacijos: A. P. Drozdov et al. Superconductivity at 250 K in lanthanum hydride under high pressures,Nature (2019). DOI: 10.1038/s41586-019-1201-8