Надпровідники – істоти примхливі. І це головна проблема. Так, електричний опір зникає повністю, але за це потрібно «платити» матеріалу: або екстремальним холодом, або жахливим тиском, або їх сумішшю. Уявіть, що для зарядки електромобіля вам потрібно покласти в багажник алмазний ковадло. Весь сенс губиться.
Проте наразі ситуація змінюється.
Фізики з Університету Х’юстона щойно встановили новий рекорд. Їм вдалося змусити надпровідник працювати за нормальної температури -122,15°C. Здавалося б, холоднувато? Але, порівняно з базовою температурою, близькою до абсолютного нуля, це практично «спека».
Попередній рекорд для надпровідників при атмосферному тиску належав суміші ртуті, барію та оксиду кальцію, встановленому ще 1993 року. Його межа становила -140°C. Нова партія матеріалу перевершила цей результат більш як на 20 градусів.
Стиснення заради свободи
Як їм це вдалося?
Вони «змучили» матеріал.
Команда взяла Hg1223 — надпровідник на основі купратів, шаруватий матеріал із оксиду міді, ртуті та кальцію — і стиснула його в алмазній ковадлі. І не просто так: тиском до 30 гігапаскалів. Це майже 300 000 разів перевищує тиск повітря лише на рівні моря.
А потім вони різко зняли тиск.
Ця процедура, яка називається післяударним закріпленням (pressure-quenching), фіксує матеріал у метастабільному стані.
Уявіть алмаз. Це вуглець, підданий тиску земної кори, але коли ви виносите його на поверхню, він не перетворюється назад на графіт. Він залишається твердим. Він застряє у своїй високодавній геометричній структурі.
Hg1223 веде себе аналогічно. При миттєвому знятті тиску атоми не встигають розслабитися та повернутися до звичайної структури. Утворюються дрібні дефекти. Саме ці дефекти підтримують «танець» надпровідних електронів, навіть коли тиск повертається до звичайних побутових значень.
«Оскільки цей матеріал зберігає надпровідність за нормального тиску, вчені можуть вивчати його за допомогою широко доступного обладнання», — каже Хуа Чжоу з Національної лабораторії Аргони.
Більше ніяких алмазних ковадло для кожного експерименту. Достатньо звичайного лабораторного обладнання.
Пастка все ще існує
Не варто надто радіти передчасно.
Існують надпровідники, що працюють при вищих температурах. Наприклад, декагідрид лантану працює при -13°C. Такого холоду можна досягти в побутовому морозильнику.
Але створити тиск у 190 гігапаскалів у своєму гаражі не вдасться. Це рівень тиску у зовнішньому ядрі Землі. Отже компроміс залишається тим самим: або висока температура, але дуже складна і дорога генерація тиску; або низька температура (-122 ° C), але нормальний тиск.
Hg1223 виграв «лотерею» за тиском, але програв у плані «тепла».
Чому це важливо?
Тому що тепер ми маємо зразок для досліджень, що не вимагає створення специфічних геологічних умов для спостереження. Ми можемо вивчати його принципи. Можливо, нам вдасться розірвати останній ланцюг, який зв’язує ці матеріали з глибоким заморожуванням.
Надпровідники, які працюють за кімнатної температури, могли б революціонізувати енергомережі. Миттєве заряджання автомобілів. Магнітна левітація без потреби будувати «собори» з магнітів.
До цього моменту нам ще далеко.
Дослідження опубліковано в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences. Це крок уперед.
Один маленький, заморожений, трохи стиснутий крок.
Чи є ми досить близько, щоб це мало значення?
Можливо.
Або, можливо, ми просто чекаємо правильного тиску.
