Login |  Nova registracija
|

Supravodič sada stvarnost na sobnoj temperaturi - ali ne i pri sobnom tlaku Prirodne znanosti

Laboratorij za supravodljivost.

Na slici: Laboratorij za supravodljivost.

Spoj vodika zahtijeva izuzetno visok pritisak kako bi se održala njegova izvanredna svojstva.

Znanstvenici su otkrili prvi supravodič sobne temperature - izvanredan spoj koji savršeno provodi struju, bez vrlo niskih temperatura ispod nule koje takvi materijali već dugo zahtijevaju.

Upozorenje: Novi supravodič radi samo ako je tlak veći od pritisaka pri kojima se dijamanti prirodno formiraju. Ipak, ovi nalazi mogu jednog dana dovesti do supravodiča sobne temperature koji rade na standardnim atmosferskim pritiscima, kažu istraživači.

Električne tvrtke obično gube oko 5% svoje energije na toplinu uzrokovanu otporom u prijenosnim žicama. Supravodiči provode električnu energiju s nultim otporom i tako mogu dovesti do znatno učinkovitijih elektroenergetskih mreža. Supravodiči su također ključni za MRI skenere, magnetski levitirajuće vlakove i, potencijalno, reaktore nuklearne fuzije.

Otpor nastaje kada se elektroni koji teku kroz žicu sudaraju s atomskom jezgrom. Na dovoljno hladnim temperaturama, elektroni se prestaju međusobno odbijati kao što to čine u normalnim materijalima i tvore parove koji mogu izdržati poremećaje iz jezgri, što dovodi do nulte otpornosti.

Supravodljivost je prvi put viđena 1911. godine na temperaturama blizu apsolutne nule, što je zahtijevalo hlađenje pomoću skupog tekućeg helija. Godine 1986. istraživači su otkrili takozvane visokotemperaturne supravodiče, spojeve koji su radili na hladnim temperaturama dostupnima pomoću relativno jeftinog tekućeg dušika. Međutim, znanstvenici bi idealno odustali od bilo kakvog za rukovanje težeg hlađenja koje troši energiju.

"Supravodič koji supravodi na sobnoj temperaturi sveti je gral", rekao je viši autor studije Ranga Dias, fizičar sa Sveučilišta Rochester u New Yorku.

Obećavajući kandidat za supravodič sobne temperature je metalni vodik, koji se teoretski formira pri pritiscima do gotovo 500 gigapaskala ili oko 4.500 puta više od tlaka na dnu Marijanske brazde, najdublje točke u oceanu. S obzirom na to koliko je izuzetno težak metalni vodik za stvaranje, istraživači supravodiča su umjesto toga istražili spojeve
bogate vodikom.

Na primjer, prethodna su istraživanja postigla supravodljivost na otprilike minus 13° Celzija (8° Fahrenheita) s lantan-hidridom, koji se sastoji od jednog atoma lantana na svakih 10 atoma vodika. Jedna od mogućih strategija prema još višim temperaturnim supravodičima bila je prelazak s binarnih hidrida od vodika s jednim drugim elementom na ternarne hidride od vodika s još dva elementa.

Sada su Dias i njegovi kolege postigli supravodljivost s takvim ternarnim spojevima na 15°C (59°F). To je zahtijevalo pritiske od 267 gigapaskala, više od 2,6 milijuna puta više od
atmosferskog tlaka.

"Ovi rezultati su za mene potpuno iznenađenje", rekao je Artem Oganov, kristalograf s Instituta za znanost i tehnologiju Skolkovo u Moskvi, koji nije sudjelovao u ovom istraživanju. "Napredak u visokotemperaturnoj supravodljivosti pojavio se tamo gdje se to nije očekivalo".

Istraživači su stvorili supravodič tlačenjem ugljika, sumpora i vodika između dijamanata pri tlakovima od 4 gigapaskala. Satima su usmjeravali zeleno lasersko svjetlo na tu mješavinu kako bi izazvali kemijske reakcije, sintetizirajući kristale karbonatnog sumpornog hidrida širine do 80 mikrometara ili gotovo širine prosječne ljudske kose. Količina tako proizvedenog supravodljivog materijala se mjeri u pikolitrima (za usporedbu, prosječno zrno pijeska je veličine oko 10 000 pikolitara). Nakon toga, znanstvenici su još jače tlačili kristal dijamantnim nakovnjama i pratili njegova svojstva do 275 gigapaskala.

Dijamanti su često pucali tijekom eksperimenata. "Čuo bi se zvuk iskakanja dijamanta, i tako, zajedno s dijamantima ode i 3000 dolara", rekao je Dias.

Istraživači su mišljenja da dodani elementi kao što su ugljik, sumpor ili lantan supravodičima na bazi vodika bi mogli sabiti atome vodika unutar takvih materijala. To bi moglo pomoći da se supravodljivost postigne pri nižim tlakovima od onih potrebnih metalnom vodiku, kazao je Dias.

Molekularna struktura novog supravodiča i dalje je neizvjesna, jer ekstremni tlakovi otežavaju ispitivanje uzorka. Istraživači su sugerirali da kristal može biti izgrađen od molekula vodika, metana i sumporovodika.

Međutim, Oganov sumnja da novi supravodič ne bi posjedovao metan, budući da su raniji radovi ukazivali da metan ostaje električki izoliran sve do iznimno visokih tlakova. Umjesto toga, Oganov je pretpostavio da ovaj novi spoj posjeduje ugljik molekularno povezan sa sumporom. "Uspostava pravog sastava i strukture zahtijevat će daljnji rad, posebice uključujući najsuvremenije metode predviđanja kristalne strukture", kazao je Oganov.

Ovaj novi uspjeh s materijalom koji sadrži sumpor i vodik slijedi raniji rad koji je pronašao supravodljivost u trihidrogen-sulfidu, rekla je Eva Zurek, teorijska kemičarka na Državnom Sveučilištu u New Yorku u Buffalu, koja nije sudjelovala u ovoj studiji. Prisutnost ugljika zanimljiva je jer snažne veze koje atomi ugljika stvaraju jedni s drugima povećavaju mogućnost da ovaj novi materijal ostane stabilan pri nižim pritiscima, dodala je.

Supravodljivost može biti moguća na još višim temperaturama. Neovisno, kemičar materijala Russell Hemley sa Sveučilišta Illinois u Chicagu i njegovi kolege pronašli su dramatična smanjenja električnog otpora u spoju bogatom vodikom na bazi lantana na otprilike 275°C (530°F) i 200 gigapaskala. To može ukazivati na"vruću supravodljivost", pripomenuo je Hemley.

Dias i njegovi kolege sada imaju za cilj stvoriti supravodiče sobne temperature koji se, poput dijamanata, formiraju pri visokim tlakovima i visokim temperaturama, ali su stabilni pri sobnim uvjetima. "Nadamo se da će to dovesti do novog stoljeća supravodljivosti", izjavio je koautor studije Ashkan Salamat, fizikalni kemičar sa Sveučilišta u Nevadi u Las Vegasu.

Dias i Salamat osnovali su novu tvrtku, Unearthly Materials, kako bi pomogli u stvaranju supravodiča pri sobnim uvjetima. Oni i njihovi kolege detaljno su opisali svoja otkrića u časopisu Nature od 15. Listopada.

Za komentiranje trebate biti prijavljeni. Prijavite se ili se registrirajte kao novi član.

Molimo Vas da ne šaljete neprimjerene komentare.

Ovaj tekst još nije komentiran. Budi prvi.