Новий рекорд: виявлена надпровідність при -23 °С

Кристал під тиском опромінювали рентгенівськими фотонами, щоб з'ясувати його структуру.

Фізики поставили новий рекорд, створивши матеріал, який досягає надпровідного стану при температурі -23 ° C. Правда, поки такий ефект спостерігається лише під величезним тиском.

Досягнення описано в науковій статті, опублікованій в журналі Nature фізиками з Німеччини, США та Польщі.

Речовини з нульовим електричним опором - мрія інженера. Вони дозволили б передавати струм на будь-які відстані без втрат. Крім того, магнітні поля, що піднімають в повітря цілі потяги, стали б повсякденною реальністю (а це означає, що енергія палива не буде витрачатися на тертя коліс).

Стан, при якому електричний опір матеріалу з точністю дорівнює нулю, називається надпровідність. В цей стан можна привести практично будь-який метал, наприклад, залізо. Але для цього його потрібно охолодити до температури, близької до абсолютного нуля (-273 ° C). Залити лінії електропередач надзвичайно дорогим рідким гелієм - не дуже розумна спроба заощадити.

Тому багато десятиліть не припиняється пошук речовин, що мають якомога вищу критичну температуру (так називається температура, при якій речовина переходить в надпровідний стан).

На сьогоднішній день найвідоміший і широко використовуваний надпровідник являє собою оксид ітрію-барію-міді (YBaCuO). Він переходить в надпровідний стан при -180 ° C, що близько до температури кипіння азоту при нормальному тиску (-196 ° C).

Є з'єднання і з більш високими критичними температурами: до сьогоднішнього дня рекордом залишалася позначка в -70 ° C. Але всі відомі такі речовини незручні в застосуванні. Вони або тендітні, або токсичні, або володіють ще якимись недоліками.

Недавні теоретичні роботи показали, що при ще більш високих температурах (але і тисках в мільйони атмосфер) в надпровідний стан повинні переходити гідриди кальцію, лантану і ітрію, за структурою схожі на газові гідрати. При цьому навколо атомів "елемента-господаря", розташованих у вузлах кристалічної решітки, накопичується водень. На кожен атом лантану або ітрію має припадати по десять водневих.

Автори нового дослідження вирішили перевірити цю концепцію в експерименті. За допомогою алмазних наковалень вони піддали гідрид лантану впливу тиску в 150-170 гігапаскалів (близько півтора мільйонів атмосфер). Структура, яку прийняв матеріал під таким неймовірним тиском, вивчалася за допомогою рентгенівських променів.

У цих екзотичних умовах електричний опір матеріалу впав до нуля при небачено високій температурі: -23 ° C.

Спостерігалися й дві інших класичних ознаки надпровідності. По-перше, під впливом зовнішнього магнітного поля критична температура знизилася. По-друге, вона змінилася, коли частина атомів в матеріалі була замінена на атоми інших ізотопів тих же елементів.

Була перевірена і четверта ключова ознака: ефект Мейснера. Він полягає в тому, що зовнішнє магнітне поле не проникає всередину матеріалу, що знаходиться в надпровідному  стані. Однак цей ефект спостерігати не вдалося. Дослідники вважають, що зразок був для цього занадто малий.

Звичайно, такий надпровідник неможливо використовувати в технологічних цілях. Тримати дроти під тиском в півтора мільйона атмосфер - затія ще більш дивна, ніж заливати їх рідким гелієм. Тому дослідники планують, вивчивши властивості гідриду лантану, розробити нові матеріали.