Революционное открытие: проводимость без сопротивления достигнута в условиях обычной температуры

Новости МирТесен

При воздействии экстремального давления, сочетающего метан и гидрид серы, образовавшийся кристалл проявлял свойства сверхпроводника при температуре, превышающей точку отсчета в ноль градусов Цельсия.

Специалисты из Рочестерского университета, расположенного в штате Нью-Йорк (Соединенные Штаты Америки), достигли состояния сверхпроводимости в сплошном веществе при 15 градусах Цельсия. Результаты их работы были задокументированы и представлены в научной публикации, опубликована в Nature.

Ранее считалось, что материалы способны проводить электрический ток без сопротивления только при экстремально низких температурах, приближающихся к абсолютному нулю. Тем не менее, начиная с 1980-х годов, исследования выявили соединения, проявляющие сверхпроводимость при более высоких температурах, достигающих минус 109 градусов Цельсия.

Существует альтернативный метод достижения сверхпроводимости в материалах — применение экстремального давления. Под воздействием давления, превышающего один миллион атмосфер, многие вещества, главным образом гидриды различных элементов, проявляют сверхпроводимость при температурах до минус 23 градусов Цельсия. Даже слабую сверхпроводимость физики наблюдали при минус 13 градусах.

Теперь достигнут новый этап — сверхпроводимость при комнатной температуре. Физики во главе с Ранги Диаса подтвердили наличие сверхпроводимости в кристалле, содержащем сероводород H ₂S и метана СH₄ при температуре 287,7 Кельвина (около 15 градусов выше нуля по Цельсию).

Углеводородная модификация серы была выбрана для проведения исследования, поскольку ранее было установлено, что как метан, так и сероводород способны формировать стабильные соединения с водородом при воздействии экстремально высокого давления. В ходе экспериментов, организованных Диасом и его соратниками, кристалл подвергался давлению, превышающему 2,6 миллиона атмосфер.

Исходное вещество для эксперимента было синтезировано посредством фотохимической трансформации – процесса, запускаемого воздействием света. Даже при небольшом давлении молекулы метана и сероводорода объединялись в протяженные связи под действием сил Ван-дер-Ваальса между атомами. Последующее сжатие этих связей приводило к образованию структур «хозяин – гость», содержащих гидридные матрицы и водородные включения внутри них. При увеличении давления до миллионов атмосфер эти структуры консолидируются в единую кристаллическую решетку.

Сверхпроводимость кристалла была исследована с использованием ячейки с алмазной наковальней, обеспечивающей фиксацию образца в зазоре между двумя алмазами. Состав и структуру определяли с помощью рентгенографии и рамановской спектроскопии, а критические параметры сверхпроводимости измеряли, анализируя изменения магнитной восприимчивости и электромагнитного сопротивления образца.

Способность к сверхпроводимости в углеводородном гидриде серы проявлялась в широком диапазоне давления – от 1,4 до 2,8 миллионов атмосфер. Идеальное соотношение водорода, углерода и серы для получения кристалла с признаками сверхпроводимости составляет 1:1:1.

Исследователи полагают, что модификация состава тройных гидридов в поисках новых сверхпроводников может способствовать увеличению критической температуры. Тем не менее, приоритетная задача на текущем этапе – уменьшение давления, необходимого для проявления этого эффекта при обычных температурах.

Ранее ученые оценили шансы человека пережить попадание в кротовую нору и обнаружили увеличивающуюся «вмятину» в магнитном поле Земли