| | 20 августа 2015 | Новости науки и техники
Найден новый материал, имеющий рекордно высокую температуру перехода в сверхпроводящее состояние
В области науки, касающейся исследований и использования сверхпроводников, недавно было зарегистрировано очередное рекордное достижение. Этим достижением стал новый материал, способные пропускать электрический ток без сопротивления при температуре, которая уже попадает в диапазон температур окружающей среды на земном шаре. Правда в самом холодном месте земного шара — в Антарктиде, и в самое холодное время года.
Новый материал был найден группой Михаила Еремца (Mikhail Eremets) из Института химии Макса Планка в Германии. Ученые использовали алмазную наковальню для того, чтобы сжать очень малое количество сероводорода до давления, превышающего давление атмосферы Земли более чем в 1.6 миллиона раз. Сероводород, сульфид водорода (H2S) известен всем как ядовитый бесцветный газ, имеющий запах тухлых яиц. Но когда он охлажден и сжат высоким давлением он переходит в металлическую фазу. И сероводород в металлической фазе становится сверхпроводником при температуре в -70 градусов Цельсия, в то время, как предыдущий материал-рекордсмен становился сверхпроводником при -110 градусах.
Ученые еще не знают точных причин возникновения такой высокотемпературной сверхпроводимости, но считают, что к этому могут иметь отношение ионы водорода, входящие в состав этого материала, которые помогают формированию так называемых пар Купера — пар связанных электронов, которые без сопротивления проходят через материал.
В обычных условиях электроны, перемещающиеся в материале, постоянно сталкиваются с атомами, теряя энергию, которая превращается в тепло при каждом столкновении. Однако, в процессе столкновений они смещают положительно заряженные ядра атомов в сторону, что приводит к возникновению маленьких положительных электрических полей. Эти поля воздействуют особым образом на свободные электроны и в некоторых случаях электроны образуют куперовские пары, которые продолжают двигаться в материале, избегая столкновений с атомами и не теряя свою энергию. Однако силы, связывающие пары Купера, чрезвычайно хрупки и любая тепловая энергия приводит к распаду пары. Именно поэтому все сверхпроводники работают только при чрезвычайно низких температурах.
То, что позволяет новому сверхпроводнику работать при самой высокой температуре, является положительно заряженными ионами легкого водорода, которые могут быть достаточно легко сдвинуты при столкновениях с электронами. Это означает, что положительные электрические поля внутри материала имеют более высокую напряженность и за счет этого более легко формируются более стабильные куперовские пары, которые менее подвержены разрыву тепловой энергией.
Михаил Еремец надеется, что установленный ими рекорд будет побит спустя непродолжительное время: «Существует множество других материалов, которые нам еще только предстоит испытать. А обнаружение новых высокотемпературных сверхпроводников, работающих не при столь экстремальных условиях, как нынешний рекордсмен, позволит произвести революцию в электронике и во множестве других областей науки и техники».
