Supravodič pokojové teploty - Room-temperature superconductor

Pokojové teplotě supravodič je materiál, který je schopen vykazovat supravodivost při provozních teplotách nad 0 ° C (273 K; 32 ° C), to znamená, že teploty, které mohou být dosaženy a snadno udržovány v přirozeném prostředí. Od roku 2020 je materiálem s nejvyšší přijatelnou supravodivou teplotou extrémně natlakovaný uhličitan sírový hydrid s kritickou přechodovou teplotou +15 ° C při 267 GPa.

Při atmosférickém tlaku stále drží teplotní rekord cupráty , které prokázaly supravodivost při teplotách až 138 K (-135 ° C).

Ačkoli vědci kdysi pochybovali, zda je supravodivosti při pokojové teplotě skutečně dosažitelné, byla supravodivost opakovaně objevována při teplotách, které byly dříve neočekávané nebo se považovaly za nemožné.

Tvrzení o přechodných účincích „teploty blízké pokojové teplotě“ pocházejí z počátku 50. let minulého století. Nalezení supravodiče při pokojové teplotě „by mělo obrovský technologický význam a například by pomohlo vyřešit světové energetické problémy, zajistit rychlejší počítače, umožnit využití nových paměťových zařízení a umožnit mimo jiné i ultracitlivé senzory“.

Zprávy

Od objevu vysokoteplotních supravodičů , několik materiálů bylo popsáno, že při pokojové teplotě supravodiče , i když většina z těchto zpráv nebyla potvrzena.

V roce 2000, přičemž extrahování elektrony z diamantu během iontové implantace práci, Johan Prins tvrdil, že pozorovat jev, který mu vysvětlit pokojové teplotě supravodivost ve fázi, vytvořené na povrchu kyslíkových dotovaného typu IIa diamantů v 10 ^-6  mbar vakua .

V roce 2003 skupina výzkumníků publikovala výsledky o vysokoteplotní supravodivosti v hydridu palladia (PdH _x : x> 1) a vysvětlení v roce 2004. V roce 2007 tatáž skupina publikovala výsledky naznačující teplotu supravodivého přechodu 260 K. Supravodivá kritická teplota se zvyšuje, jak se zvyšuje hustota vodíku uvnitř palladiové mřížky. Tuto práci nepotvrdily jiné skupiny.

V roce 2012 článek Advanced Materials tvrdil supravodivé chování grafitového prášku po zpracování čistou vodou při teplotách až 300 K a vyšších. Dosud autoři nebyli schopni prokázat výskyt jasné Meissnerovy fáze a mizení odporu materiálu.

V roce 2014 článek publikovaný v časopise Nature navrhl, že některé materiály, zejména YBCO ( oxid měďnatý ytria a barya ), by mohly být supravodivé při pokojové teplotě pomocí infračervených laserových pulzů.

V roce 2015 článek publikovaný v časopise Nature vědci z Institutu Maxe Plancka naznačil, že za určitých podmínek, jako je extrémní tlak, se H ₂ S přemění na supravodivou formu H ₃ S při 150 GPa (přibližně 1,5 milionu násobku atmosférického tlaku) v článku diamantové kovadliny . Kritická teplota je 203 K (−70 ° C), což by bylo dosud nejvyšší zaznamenané T _c, a jejich výzkum naznačuje, že jiné vodíkové sloučeniny by se mohly supravodit až při 260 K (−13 ° C), což by odpovídalo původnímu výzkumu z Ashcroftu.

V roce 2018 Dev Kumar Thapa a Anshu Pandey z oddělení pevných látek a strukturální chemie Indického institutu vědy v Bangalore prohlásili pozorování supravodivosti při okolním tlaku a teplotě místnosti ve filmech a peletách nanostrukturovaného materiálu, který je složen ze stříbrných částic vložené do zlaté matice. Kvůli podobným šumovým vzorcům údajně nezávislých zápletek a nedostatku vzájemného hodnocení publikace byly výsledky zpochybněny. Ačkoli vědci potvrdili svá zjištění v pozdějším dokumentu v roce 2019, toto tvrzení musí být ještě ověřeno a potvrzeno.

V roce 2018 také vědci zaznamenali možnou supravodivou fázi při 260 K (−13 ° C) v dekahydridu lanthanu při zvýšeném tlaku (200  GPa ).

V roce 2019 byl materiálem s nejvyšší akceptovanou supravodivou teplotou vysoce natlakovaný dekahydrid lanthanu (LaH ₁₀ ), jehož přechodová teplota je přibližně 250 K (-23 ° C).

V říjnu 2020 byla hlášena supravodivost při 288 K (při 15 ° C) při pokojové teplotě v hydridu uhlíkaté síry při velmi vysokém tlaku (267 GPa) spuštěném do krystalizace zeleným laserem.

V březnu 2021 oznámení hlásilo supravodivost při pokojové teplotě ve vrstveném materiálu yttrium-palladium-hydron při 262 K a tlaku 187 GPa. Palladium může v materiálu působit jako katalyzátor migrace vodíku.

Teorie

Teoretická práce britského fyzika Neila Ashcrofta předpovídala, že pevný kovový vodík při extrémně vysokém tlaku (~ 500  GPa ) by se měl stát supravodivým při přibližně pokojové teplotě kvůli extrémně vysoké rychlosti zvuku a očekávané silné vazbě mezi vodivými elektrony a mřížkovými vibracemi ( fonony ). Tato předpověď bude teprve experimentálně ověřena, protože tlak na dosažení kovového vodíku není znám, ale může být řádově 500  GPa .

Tým z Harvardské univerzity prohlásil, že vyrábí kovový vodík, a hlásí tlak 495 GPa. Ačkoli přesná kritická teplota ještě nebyla stanovena, slabé známky možného Meissnerova jevu a změny magnetické citlivosti na 250 K se mohly objevit v časných testech magnetometru na původním nyní ztraceném vzorku a analyzuje je francouzský tým pracující s koblihou tvary spíše než rovinné na špičkách diamantového culetu.

V roce 1964 William A. Little navrhl možnost vysokoteplotní supravodivosti v organických polymerech . Tento návrh je založen na exciton zprostředkovanou elektron párování, na rozdíl od fonona zprostředkovanou párování v teorii BCS .

V roce 2004 se Ashcroft vrátil ke své myšlence a navrhl, že sloučeniny bohaté na vodík se mohou stát kovovými a supravodivými při nižších tlacích než vodík. Přesněji řečeno, navrhl nový způsob chemického předběžného stlačení vodíku zkoumáním hydridů IVa.

V roce 2016 výzkum navrhl spojení mezi hydridem palladia obsahujícím malé nečistoty nanočástic síry jako věrohodné vysvětlení anomálních poklesů přechodného odporu pozorovaných během některých experimentů a absorpce vodíku cupráty byla navržena ve světle výsledků z roku 2015 v H ₂ S jako věrohodné vysvětlení přechodných poklesů odporu nebo „USO“, kterých si v 90. letech všimli Chu et al. při výzkumu po objevu YBCO . Je také možné, že pokud je vysvětlení bipolaronu správné, normálně polovodivý materiál může za určitých podmínek přejít do supravodiče, pokud je překročena kritická úroveň střídavé spinové vazby v jedné rovině uvnitř mřížky; to může být dokumentována ve velmi raných experimentech od roku 1986. Nejlepší analogie by zde anizotropního magnetoresistence , ale v tomto případě je výsledkem je pokles na nulu, než pokles ve velmi úzkém teplotním rozmezí pro testované sloučeniny podobné " re -supravodivá supravodivost “.

V roce 2018 byla nalezena podpora pro elektrony s anomálními 3/2 spinovými stavy v YPtBi. Ačkoli YPtBi je relativně nízkoteplotní supravodič, naznačuje to jiný přístup k vytváření supravodičů.

Bylo také objeveno, že mnoho supravodičů, včetně kuprátů a železných pniktidů , má dva nebo více konkurenčních mechanismů bojujících o dominanci ( vlna hustoty náboje ) a excitonické stavy, takže stejně jako u organických diod emitujících světlo a dalších kvantových systémů přidává správný spinový katalyzátor může sama o sobě zvýšit T _c . Možným kandidátem by bylo iridium nebo zlato umístěné v některých sousedních molekulách nebo jako tenká povrchová vrstva, takže správný mechanismus se poté šíří po celé mřížce podobně jako fázový přechod. Zatím je to spekulativní; bylo vynaloženo určité úsilí, zejména přidání olova do BSCCO , o kterém je dobře známo, že pomáhá podporovat vysoké T _c fáze pouze chemií. Nicméně, relativistické efekty podobné těm v olověných baterií by mohla být zodpovědná což naznačuje, že podobný mechanismus rtuti - nebo thalia bázi cuprates možné použití související kovu, jako je cín .

Každý takový katalyzátor by musel být nereaktivní chemicky, ale mít vlastnosti, které ovlivňují jeden mechanismus, ale ne ostatní, a také by neměly zasahovat do následných kroků žíhání a okysličování ani nadměrně měnit rezonance mřížky. Možným řešením diskutovaných problémů by bylo použití silných elektrostatických polí k udržení molekul na místě během jednoho z kroků, dokud se nevytvoří mřížka.

Některá výzkumná úsilí v současné době směřují k ternárním superhydridům , kde bylo předpovězeno, že Li ₂ MgH ₁₆ bude mít T _c 473 K (200 ° C) při 250 GPa (mnohem teplejší, než je běžně považováno za pokojovou teplotu).

Viz také

• Trvalý proud  - trvalý elektrický proud, který nevyžaduje externí zdroj energie

Reference