Соединения, содержащие большое количество водорода, называются супергидридами. При высоком давлении и температурах, близких к комнатным, они проявляют сверхпроводимость. Изменение состава супергидрида серы и углерода позволило снизить давление сверхпроводящего перехода.
СверхпроводимостьЭто явление, при котором электрическое сопротивление материала падает до нуля, а выделение тепла от протекания тока полностью прекращается. Если его широкое распространение станет реальностью, мир испытает технологическую революцию.
Отсутствие разогрева обмоток трансформаторов, полное отсутствие потерь электроэнергии в проводах ЛЭП. В разы уменьшенные габариты зарядников и моторов, магнитная левитация в каждом доме и многое другое, чего пока не можем вообразить, — все это может стать реальностью.
К сожалению, обычно сверхпроводящее поведение наблюдается только при очень низких температурах. Голландский физик Камерлинг-Оннес открыл ее в 1908 году, изменяя электрическое сопротивление ртути в жидком гелии при минус 270,15 градусов Цельсия, или на три градуса выше абсолютного нуля. Для широкого применения сверхпроводимости температуру перехода нужно поднять выше комнатной температуры, то есть в сотню раз.
Механизм возникновения сверхпроводимости установили только в середине XX века, а некоторые её виды остаются не до конца понятными. Вскоре после ртути её обнаружили и в других веществах при температурах в несколько раз выше. Учёные искали рецепт высокотемпературной сверхпроводимости как алхимики в Средние века — рецепт философского камня: подчас простым перебором.
В восьмидесятых годах XX века произошел прорыв: была открыта высокотемпературная сверхпроводимость материалов из сложной оксидной керамики на основе купратов (окислов меди), сохраняющаяся при температуре жидкого азота. КупратыПроявились такими нежными и трудными в изготовлении, что до сих пор сверхпроводящие устройства из них создают. немногиеТрадиционные методы сверхпроводимости, например, магниты для МРТ, работают и по сей день на… более устойчивых материалах и жидком гелии.
Открытие купратов стимулировало исследователей, поскольку одно из главных направлений поиска было известно: классическая теория сверхпроводимости утверждает, что в сверхпроводниках электроны объединяются в пары за счет взаимодействия с фононами — квантами колебания кристаллической решетки. Чем легче атомы решетки — тем проще распространяющемуся в ней электрону «подвинуть» положительно заряженные атомы и «поймать» таким образом другой электрон в пару.
Этот процесс также затрагивают много других факторов, но по подсчётам… металлического водородаТемпература сверхпроводящего перехода самого лёгкого элемента могла оказаться заметно выше комнатной. Однако водород становится металлом при давлении четырех миллионов атмосфер — большем, чем в центре Земли. Даже в таких условиях металлизация, судя по всему, не завершается полностью и пропадает при снижении давления.
Ученые исследовали богатые водородом материалы, которые могут вести себя как металлический водород. Исследования показали, что под давлением редкий элемент лантан связывается с большим количеством водорода, образуя соединение LaH. 10.
В 2019 году у него нашлиСверхпроводимость достигнута при 250 кельвинах (минус 23 градуса) и двух миллионах атмосфер. Через год рубеж комнатной температуры преодолели смешанный супергидрид серы и углерода с приблизительным составом CSH. 8оказалсяСверхпроводник обнаружен при давлении 2,7 миллионов атмосфер.
На практике сверхпроводники, стабильные только при сверхвысокихВ условиях высокого давления супергидриды неприменимы, поэтому следующей задачей стало снижение давления перехода. Учёным предстоит большая работа: судя по всему, супергидриды могут образовывать значительная часть таблицы Менделеева, исследования начались недавно, а достижения в этой области случаются часто.
Ученые из Университета Невады в Лас-Вегасе обнаружили сверхпроводник, работающий при обычной температуре. 8, не остановились на достигнутом. В новомВ исследовании, возглавленном Александром Смитом, решили выяснить, как соотношение углерода и серы влияет на сверхпроводящие свойства смешанных супергидридов в системе C – S – H. Изменяя содержание элементов, нашли состав с повышенной долей углерода, давление перехода для которого оказалось почти втрое ниже — один миллион атмосфер. Температура сверхпроводимости при этом составила около 191 кельвина (минус 82 градуса Цельсия).
Это достижение пока не является «священным Граалем» исследователей сверхпроводимости — материалом, лишенным электрического сопротивления при нормальных условиях температуры и давления. Тем не менее, результат свидетельствует о том, что дальнейшие исследования перспективны.
Супергидриды можно рассматривать как сплавы металлического водорода, свойства которых могут значительно отличаться от свойств самого водорода. В качестве возможных компонентов изучена пока только малая часть таблицы Менделеева. Не исключено, что какой-нибудь из этих «сплавов» окажется подходящим или хотя бы не распадется при давлении в сотню-другую тысяч атмосфер, которое можно достичь. внутриУглеродных нанотрубок. Потом, если куперовские пары электронов еще и смогут свободно туннелироватьИз одной трубки в другую, через стенки атомной толщины, сверхпроводящий провод можно получить из упакованного в трубки супергидридного сплава.