Nadprzewodniki to kapryśne stworzenia. I to jest główny problem. Tak, opór elektryczny zanika całkowicie, ale materiał musi za to „zapłacić”: albo ekstremalne zimno, albo potworne ciśnienie, albo mieszanka obu. Wyobraź sobie, że wkładasz do bagażnika diamentowe kowadło, aby naładować samochód elektryczny. Wszelkie znaczenie zostaje utracone.
Jednak teraz sytuacja się zmienia.
Fizycy z Uniwersytetu w Houston właśnie ustanowili nowy rekord. Udało im się sprawić, że nadprzewodnik zaczął pracować w temperaturze -122,15°C. Wydawałoby się, że jest trochę zimno? Ale w porównaniu z temperaturą bazową, która jest bliska zera absolutnego, jest praktycznie „gorąco”.
Poprzedni rekord w zakresie nadprzewodników pod ciśnieniem atmosferycznym należał do mieszaniny rtęci, baru i tlenku wapnia, ustanowiony w 1993 r. Jego granica wynosiła -140°C. Nowa partia materiału przekroczyła ten wynik o ponad 20 stopni.
Kompresja dla wolności
Jak oni to zrobili?
„Dręczyli” materiał.
Zespół wziął Hg1223 – nadprzewodnik na bazie miedzianu, warstwowy materiał składający się z tlenku miedzi, rtęci i wapnia – i sprasował go w kowadle diamentowym. I nie tylko tak: ciśnienie do 30 gigapaskali. To prawie 300 000 razy więcej niż ciśnienie powietrza na poziomie morza.
A potem nagle zmniejszyli presję.
Ta procedura, zwana hartowaniem ciśnieniowym, zamyka materiał w stanie metastabilnym.
Wyobraź sobie diament. Jest to węgiel, który został poddany naciskowi skorupy ziemskiej, ale kiedy zostanie wyniesiony na powierzchnię, nie zamienia się z powrotem w grafit. Pozostaje solidny. Utknie w swojej wysokociśnieniowej strukturze geometrycznej.
Hg1223 zachowuje się podobnie. Kiedy ciśnienie zostanie natychmiast usunięte, atomy nie mają czasu na relaks i powrót do swojej normalnej struktury. Powstają drobne defekty. To właśnie te defekty podtrzymują „taniec” elektronów nadprzewodzących, nawet gdy ciśnienie powraca do normalnych, codziennych wartości.
„Ponieważ materiał ten zachowuje nadprzewodnictwo pod normalnym ciśnieniem, naukowcy mogą go badać przy użyciu powszechnie dostępnego sprzętu” – mówi Hua Zhou z Narodowego Laboratorium Argona.
Koniec z diamentowymi kowadłami do każdego eksperymentu. Wystarczy zwykły sprzęt laboratoryjny.
Pułapka nadal istnieje
Nie ekscytuj się zbyt wcześnie.
Istnieją nadprzewodniki, które działają w wyższych temperaturach. Na przykład dekawodorek lantanu działa w temperaturze -13°C. Ten rodzaj chłodu można uzyskać w domowej zamrażarce.
Ale nie będziesz w stanie wytworzyć w swoim garażu ciśnienia 190 gigapaskali. Jest to poziom ciśnienia w zewnętrznym jądrze Ziemi. Zatem kompromis pozostaje ten sam: albo wysoka temperatura, ale niezwykle złożone i kosztowne wytwarzanie ciśnienia; lub niska temperatura (-122°C), ale normalne ciśnienie.
Hg1223 wygrał na loterii pod względem ciśnienia, ale przegrał pod względem ciepła.
Dlaczego to jest ważne?
Bo teraz mamy próbkę do badań, która nie wymaga tworzenia określonych warunków geologicznych do obserwacji. Możemy przestudiować zasady jego działania. Być może uda nam się przełamać ostatnie ogniwo łączące te materiały z głębokim zamrożeniem.
Nadprzewodniki działające w temperaturze pokojowej mogą zrewolucjonizować sieci energetyczne. Natychmiastowe ładowanie samochodów. Lewitacja magnetyczna bez konieczności budowania „katedr” z magnesów.
Do tego momentu jeszcze daleka droga.
Badanie opublikowano w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences. To jest krok naprzód.
Jeden mały, zamrożony, lekko skompresowany krok.
Czy jesteśmy wystarczająco blisko, żeby to miało znaczenie?
Może.
A może po prostu czekamy na odpowiedni rodzaj presji.
