Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

При комнатной температуре сверхпроводник представляет собой материал , который способен проявлять сверхпроводимость при рабочих температурах выше 0 ° С (273 К; 32 & deg ; F), то есть температуры , которые могут быть достигнуты и легко поддерживаться в среде повседневной. По состоянию на 2020 год материал с наивысшей допустимой температурой сверхпроводимости представляет собой углеродистый гидрид серы под чрезвычайно высоким давлением с критической температурой перехода + 15 ° C при 267 ГПа. [1]

При атмосферном давлении рекорд температуры по-прежнему держат купраты , которые продемонстрировали сверхпроводимость при температурах до 138 К (-135 ° C). [2]

Хотя исследователи когда-то сомневались в том, что сверхпроводимость при комнатной температуре действительно достижима, [3] [4] сверхпроводимость неоднократно обнаруживалась при температурах, которые ранее были неожиданными или считались невозможными.

Заявления о переходных эффектах "температуры, близкой к комнатной", относятся к началу 1950-х годов. Обнаружение сверхпроводника при комнатной температуре «имело бы огромное технологическое значение и, например, помогло бы решить мировые энергетические проблемы, создать более быстрые компьютеры, создать новые устройства памяти и включить сверхчувствительные датчики, среди многих других возможностей». [4] [5]

Нерешенная проблема в физике :

Можно ли создать сверхпроводящий материал при комнатной температуре и атмосферном давлении?

(больше нерешенных задач по физике)

Отчеты [ править ]

С момента открытия высокотемпературных сверхпроводников сообщалось, что некоторые материалы являются сверхпроводниками при комнатной температуре , хотя большинство из этих сообщений не подтвердились. [ необходима цитата ]

В 2000 году , в то время извлечения электронов из алмаза в ходе ионной имплантации работы, Йохан Принс утверждал, что наблюдается явление , что он , как объяснено при комнатной температуре в течение сверхпроводимости фазы , образованной на поверхности типа кислородно-легированных IIa алмазов в 10 -6  мбар вакууме . [6]

В 2003 году группа исследователей опубликовала результаты по высокотемпературной сверхпроводимости в гидриде палладия (PdH x : x> 1) [7] и объяснение в 2004 году. [8] В 2007 году та же группа опубликовала результаты, предполагающие, что температура сверхпроводящего перехода составляет 260 К. [9] Критическая температура сверхпроводимости увеличивается с увеличением плотности водорода внутри решетки палладия. Эта работа не была подтверждена другими группами.

В 2012 году в статье Advanced Materials говорится о сверхпроводящем поведении графитового порошка после обработки чистой водой при температурах до 300 К и выше. [10] [ ненадежный источник? ] Пока авторам не удалось продемонстрировать наличие четкой фазы Мейснера и исчезновение сопротивления материала.

В 2014 году в статье, опубликованной в журнале Nature, было высказано предположение, что некоторые материалы, в частности YBCO ( оксид иттрия-бария-меди ), могут быть превращены в сверхпроводники при комнатной температуре с использованием инфракрасных лазерных импульсов. [11]

В 2015 году в статье, опубликованной в журнале Nature исследователи из Института Макса Планка, было высказано предположение, что при определенных условиях, таких как экстремальное давление, H 2 S переходит в сверхпроводящую форму H 3 S при 150 ГПа (примерно в 1,5 миллиона раз превышающем атмосферное давление) в ячейке с алмазной наковальней. . Критическая температура составляет 203 К (-70 ° C), что будет самым высоким значением T c из когда-либо зарегистрированных, и их исследования показывают, что другие водородные соединения могут иметь сверхпроводимость при температуре до 260 K (-13 ° C), что соответствует исходным исследованиям. Эшкрофта. [12] [13]

В 2018 году Дев Кумар Тапа и Аншу Пандей из отдела твердотельной и структурной химии Индийского института науки в Бангалоре заявили о наблюдении сверхпроводимости при атмосферном давлении и комнатной температуре в пленках и гранулах наноструктурированного материала, состоящего из частиц серебра. залита золотой матрицей. [14] Из-за схожих характеристик шума предположительно независимых сюжетов и отсутствия в публикации экспертной оценки результаты были поставлены под сомнение. [15] Хотя исследователи подтвердили свои выводы в более поздней статье в 2019 году, [16] это утверждение еще предстоит проверить и подтвердить. [ необходима цитата ]

Также в 2018 году исследователи отметили возможную сверхпроводящую фазу при 260 К (-13 ° C) в декагидриде лантана при повышенном (200  ГПа ) давлении. [17]

В 2019 году материалом с наивысшей допустимой температурой сверхпроводимости был декагидрид лантана под высоким давлением (LaH 10 ), температура перехода которого составляет примерно 250 K (−23 ° C). [18] [19]

В октябре 2020 года сообщалось о сверхпроводимости при комнатной температуре при 288 К (при 15 ° C) в углеродистом гидриде серы при очень высоком давлении (267 ГПа), вызванном кристаллизацией с помощью зеленого лазера. [20] [21]

В начале 2021 года было объявлено о сверхпроводимости при комнатной температуре в слоистом иттрий-палладий-гидронном материале при 262 К и давлении 187 ГПа. Палладий может действовать как катализатор миграции водорода в материале. [22]

Теории [ править ]

Теоретическая работа британского физика Нила Эшкрофта предсказала, что твердый металлический водород при чрезвычайно высоком давлении (~ 500  ГПа ) должен стать сверхпроводящим примерно при комнатной температуре из-за его чрезвычайно высокой скорости звука и ожидаемой сильной связи между электронами проводимости и колебаниями решетки ( фононы ). [23] Это предсказание еще предстоит проверить экспериментально, поскольку давление для получения металлического водорода неизвестно, но может быть порядка 500  ГПа .

Команда из Гарвардского университета заявила, что создала металлический водород, и сообщает о давлении 495 ГПа. [24] Хотя точная критическая температура еще не определена, слабые признаки возможного эффекта Мейснера и изменения магнитной восприимчивости при 250 К, возможно, появились в ранних испытаниях магнитометра на исходном ныне утерянном образце и анализируются французской командой. работа с формами пончиков, а не плоскими кончиками ромбовидных калет. [25]

В 1964 году Уильям А. Литтл предположил возможность высокотемпературной сверхпроводимости в органических полимерах . [26] Это предложение основано на спаривании электронов, опосредованном экситонами , в отличие от спаривания, опосредованного фононами в теории БКШ .

В 2016 году исследования показали связь между гидридом палладия, содержащим небольшие примеси наночастиц серы, как правдоподобное объяснение аномальных переходных падений сопротивления, наблюдаемых во время некоторых экспериментов, и поглощение водорода купратами было предложено в свете результатов 2015 года в H 2 S как правдоподобное объяснение кратковременных падений сопротивления или «USO», замеченное в 1990-х годах Chu et al. во время исследований после открытия YBCO . [ необходима цитата ] [27] Также возможно, что если биполяронобъяснение правильное, обычно полупроводниковый материал может переходить при некоторых условиях в сверхпроводник, если превышен критический уровень переменного спинового взаимодействия в одной плоскости внутри решетки; это, возможно, было задокументировано в очень ранних экспериментах 1986 года. Лучшей аналогией здесь было бы анизотропное магнитосопротивление , но в этом случае результатом будет падение до нуля, а не уменьшение в очень узком температурном диапазоне для соединений, испытанных аналогично " re -входящая сверхпроводимость ». [ необходима цитата ]

В 2018 году была обнаружена поддержка электронов, имеющих аномальные спиновые состояния 3/2 в YPtBi. [28] Хотя YPtBi является относительно низкотемпературным сверхпроводником, это предполагает другой подход к созданию сверхпроводников.

Было также обнаружено , что многие сверхпроводники, в том числе купратами и железа пниктидов , имеют два или более конкурирующих механизмов , борющихся за доминирование ( плотность заряда волны ) [ править ] и экситонные состояния так, как с органическими светоизлучающие диоды и другие квантовые системы, добавив , катализатор правильного центрифугирования может сам по себе увеличивать T c . Возможным кандидатом может быть иридий или золото, помещенные в некоторые из соседних молекул или в виде тонкого поверхностного слоя, поэтому правильный механизм затем распространяется по всей решетке, подобно фазовому переходу. Пока это предположение; были предприняты некоторые усилия, в частности добавление свинцав BSCCO , который, как известно, помогает продвигать фазы с высоким T c только за счет химии. Однако релятивистские эффекты, подобные тем, которые обнаруживаются в свинцово-кислотных батареях, могут быть ответственны за это, предполагая, что аналогичный механизм в купратах на основе ртути или таллия может быть возможен с использованием родственного металла, такого как олово .

Любой такой катализатор должен быть химически неактивным, но иметь свойства, которые влияют на один механизм, но не на другие, а также не мешают последующим стадиям отжига и оксигенации и не изменяют чрезмерно резонансы решетки. Возможным обходным решением обсуждаемых проблем было бы использование сильных электростатических полей для удержания молекул на месте во время одного из этапов, пока не сформируется решетка. [ оригинальное исследование? ]

Некоторые исследовательские усилия в настоящее время продвигаются в сторону тройных супергидридов , где было предсказано, что Li 2 MgH 16 будет иметь T c 473 K (200 ° C) при 250 ГПа [29] [30] (намного горячее, чем обычно считается комнатная температура).

См. Также [ править ]

  • Постоянный ток  - Постоянный электрический ток, не требующий внешнего источника питания

Ссылки [ править ]

  1. ^ Снайдер, Эллиот; Дасенброк-Гаммон, Натан; Макбрайд, Раймонд; Дебессай, Мэтью; Виндана, Хиранья; Венкатасами, Кевин; Лоулер, Кейт V .; Саламат, Ашкан; Диас, Ранга П. (15 октября 2020 г.). «Комнатная сверхпроводимость в углеродистом гидриде серы». Природа . 586 (7829): 373–377. DOI : 10.1038 / s41586-020-2801-Z . PMID  33057222 .
  2. ^ Dai, P .; Чакумакос, Британская Колумбия; Вс, GF; Вонг, кВт; Xin, Y .; Лу, Д.Ф. (1995). «Синтез и нейтронное порошковое исследование сверхпроводника HgBa 2 Ca 2 Cu 3 O 8 + δ путем замещения Tl». Physica C . 243 (3–4): 201–206. Bibcode : 1995PhyC..243..201D . DOI : 10.1016 / 0921-4534 (94) 02461-8 .
  3. ^ Джебол, TH (12 марта 1993). «Пути к более высокотемпературным сверхпроводникам». Наука . 259 (5101): 1550–1551. Bibcode : 1993Sci ... 259.1550G . DOI : 10.1126 / science.259.5101.1550 . PMID 17733017 . 
  4. ^ a b «Институт Альмадена 2012: Сверхпроводимость 297 K - Синтетические пути к сверхпроводимости при комнатной температуре» . исследователь.watson.ibm.com . 25 июля 2016 г.
  5. ^ НОВА. Гонка за сверхпроводником. Общественное телевидение WGBH Бостон. Примерно 1987 г.
  6. Перейти ↑ Prins, Johan F (1 марта 2003 г.). «Алмазный вакуумный интерфейс: II. Извлечение электронов из алмаза n-типа: свидетельство сверхпроводимости при комнатной температуре». Полупроводниковая наука и технология . 18 (3): S131 – S140. Bibcode : 2003SeScT..18S.131P . DOI : 10.1088 / 0268-1242 / 18/3/319 .
  7. ^ Tripodi, P .; Di Gioacchino, D .; Borelli, R .; Винко, JD (май 2003 г.). «Возможность высокотемпературных сверхпроводящих фаз в PdH». Physica C: сверхпроводимость . 388–389: 571–572. Bibcode : 2003PhyC..388..571T . DOI : 10.1016 / S0921-4534 (02) 02745-4 .
  8. ^ Tripodi, P .; Di Gioacchino, D .; Винко, JD (август 2004 г.). «Сверхпроводимость в PdH: феноменологическое объяснение». Physica C: сверхпроводимость . 408–410: 350–352. Bibcode : 2004PhyC..408..350T . DOI : 10.1016 / j.physc.2004.02.099 .
  9. ^ Tripodi, P .; Di Gioacchino, D .; Винко, JD (2007). «Обзор высокотемпературных сверхпроводящих свойств системы PdH». Международный журнал современной физики B . 21 (18 и 19): 3343–3347. Bibcode : 2007IJMPB..21.3343T . DOI : 10.1142 / S0217979207044524 .
  10. ^ Scheike, T .; Böhlmann, W .; Esquinazi, P .; Barzola-Quiquia, J .; Ballestar, A .; Сетцер, А. (2012). «Может ли легирование графита вызвать сверхпроводимость при комнатной температуре? Доказательства высокотемпературной сверхпроводимости гранул в водоочищенном графитовом порошке». Современные материалы . 24 (43): 5826–31. arXiv : 1209,1938 . Bibcode : 2012arXiv1209.1938S . DOI : 10.1002 / adma.201202219 . PMID 22949348 . S2CID 205246535 .  
  11. ^ Mankowsky, R .; Subedi, A .; Först, M .; Mariager, SO; Chollet, M .; Лемке, HT; Робинсон, JS; Glownia, JM; Минитти, депутат; Frano, A .; Fechner, M .; Спалдин Н.А .; Loew, T .; Keimer, B .; Жорж, А .; Каваллери, А. (2014). «Нелинейная динамика решетки как основа повышенной сверхпроводимости в YBa 2 Cu 3 O 6.5 ». Природа . 516 (7529): 71–73. arXiv : 1405,2266 . Bibcode : 2014Natur.516 ... 71M . DOI : 10,1038 / природа13875 . PMID 25471882 . S2CID 3127527 .  
  12. ^ Картлиддж, Эдвин (18 августа 2015). «Рекорд сверхпроводимости вызывает волну последующей физики» . Природа . 524 (7565): 277. Bibcode : 2015Natur.524..277C . DOI : 10.1038 / nature.2015.18191 . PMID 26289188 . 
  13. ^ Ge, YF; Zhang, F .; Яо, Ю.Г. (2016). «Первопринципная демонстрация сверхпроводимости при 280 K (7 ° C) в сероводороде с низким замещением фосфора» . Phys. Rev. B . 93 (22): 224513. arXiv : 1507.08525 . Bibcode : 2016PhRvB..93v4513G . DOI : 10.1103 / PhysRevB.93.224513 . S2CID 118730557 . 
  14. ^ Тапа, Дев Кумар; Пандей, Аншу (2018). «Доказательства сверхпроводимости при температуре и давлении окружающей среды в наноструктурах». arXiv : 1807.08572 . Bibcode : 2018arXiv180708572T . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  15. ^ Desikan, Shubashree (18 августа 2018). «Утверждение дуэта IISc об окружающей сверхпроводимости может иметь теоретическую поддержку» . Индус . Проверено 4 октября 2018 года .
  16. ^ Prasad, R .; Десикан, Шубашри (25 мая 2019 г.). «Наконец, команда IISc подтвердила прорыв в области сверхпроводимости при комнатной температуре» . Индус - через www.thehindu.com.
  17. ↑ Грант, Эндрю (23 августа 2018 г.). «Сверхпроводники под давлением приближаются к области комнатной температуры». Физика сегодня . DOI : 10.1063 / PT.6.1.20180823b .
  18. ^ Сомаязулу, М .; Ahart, M .; Мишра, AK; Гебалле, ЗМ; Бальдини, М .; Meng, Y .; Стружкин, В.В.; Хемли, Р.Дж. (2019). «Доказательства сверхпроводимости выше 260 К в супергидриде лантана при мегабарных давлениях». Phys. Rev. Lett . 122 (2): 027001. arXiv : 1808.07695 . Bibcode : 2019PhRvL.122b7001S . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.122.027001 . PMID 30720326 . S2CID 53622077 .  
  19. ^ Дроздов, А.П .; Kong, PP; Миньков ВС; Беседин, ИП; Кузовников, М.А. Mozaffari, S .; Balicas, L .; Балакирев Ф.Ф .; Graf, DE; Пракапенко, В.Б .; Greenberg, E .; Князев Д.А.; Ткач, М .; Еремец М.И. (2019). «Сверхпроводимость при 250 К в гидриде лантана при высоких давлениях». Природа . 569 (7757): 528–531. arXiv : 1812.01561 . Bibcode : 2019Natur.569..528D . DOI : 10.1038 / s41586-019-1201-8 . PMID 31118520 . S2CID 119231000 .  
  20. ↑ Кеннет Чанг (14 октября 2020 г.). «Наконец, первый сверхпроводник, работающий при комнатной температуре» . Нью-Йорк Таймс .
  21. ^ Снайдер, Эллиот; Дасенброк-Гаммон, Натан; Макбрайд, Раймонд; Дебессай, Мэтью; Виндана, Хиранья; Венкатасами, Кевин; Лоулер, Кейт V .; Саламат, Ашкан; Диас, Ранга П. (октябрь 2020 г.). «Комнатная сверхпроводимость в углеродистом гидриде серы». Природа . 586 (7829): 373–377. DOI : 10.1038 / s41586-020-2801-Z . PMID 33057222 . 
  22. ^ https://phys.org/news/2021-03-material-superconductive-room-temperature-pressure.html
  23. Перейти ↑ Ashcroft, NW (1968). «Металлический водород: высокотемпературный сверхпроводник?». Письма с физическим обзором . 21 (26): 1748–1749. Bibcode : 1968PhRvL..21.1748A . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.21.1748 .
  24. ↑ Ян Джонстон (26 января 2017 г.). «Водород превратился в металл в результате потрясающего акта алхимии, который может произвести революцию в технологиях и космических полетах» . Независимый .
  25. ^ Loubeyre, Пол; Очелли, Флоран; Дюма, Поль (2019). «Наблюдение фазового перехода первого рода в металлический водород около 425 ГПа» . arXiv : 1906.05634 . Bibcode : 2019arXiv190605634L . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  26. Перейти ↑ Little, WA (1964). «Возможность синтеза органического сверхпроводника». Физический обзор . 134 (6A): A1416 – A1424. Bibcode : 1964PhRv..134.1416L . DOI : 10.1103 / PhysRev.134.A1416 .
  27. ^ Переходная высокотемпературная сверхпроводимость в гидриде палладия . Университет Гриффита (диссертация Гриффита). Университет Гриффита. 2016 г.
  28. ↑ Макдональд, Фиона (9 апреля 2018 г.). «Физики только что открыли совершенно новый тип сверхпроводимости» .
  29. ^ Вс, Инь; Lv, Jian; Се, Ю; Лю, Ханью; Ма, Янмин (26 августа 2019 г.). «Путь к сверхпроводящей фазе выше комнатной температуры в электронно-легированных гидридных соединениях под высоким давлением». Письма с физическим обзором . 123 (9): 097001. Bibcode : 2019PhRvL.123i7001S . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.123.097001 . PMID 31524448 . Недавнее теоретически обоснованное открытие рекордной высокотемпературной сверхпроводимости ( T c ∼250 K) в содалитоподобном клатрате LaH 10 является важным достижением в области создания сверхпроводников, работающих при комнатной температуре. Здесь мы идентифицируем альтернативную клатратную структуру в тройном Li 2 MgH 16 с удивительно высокой оценкой T c ~ 473 K при 250 ГПа, что может позволить нам получить сверхпроводимость при комнатной или даже более высокой температуре.
  30. ^ Extance, Энди (1 ноября 2019). «Гонка за первым сверхпроводником при комнатной температуре продолжается» . www.chemistryworld.com . Королевское химическое общество . Проверено 30 декабря 2019 . В августе Ма и его коллеги опубликовали исследование, которое показало многообещающие возможности тройных супергидридов. Они предсказали, что Li 2 MgH 16 будет иметь T c 473  ° K при 250  ГПа , что намного превышает комнатную температуру.