Наконец-то найден сверхпроводник, работающий при комнатной температуре

При сжатии между двумя алмазами материал, состоящий из углерода, серы и водорода, может передавать электричество без сопротивления при комнатной температуре (до 15°C).

После более чем столетнего ожидания ученые сообщили об открытии первого сверхпроводника, работающего при комнатной температуре.

Это открытие пробуждает мечты о футуристических технологиях, которые могут изменить электронику и транспорт. Сверхпроводники передают электричество без сопротивления, позволяя току течь без потерь энергии. Но все ранее открытые сверхпроводники необходимо было охлаждать, и многие из них - до очень низких температур, что делало их непрактичными для большинства областей применения.

Теперь ученые нашли первый сверхпроводник, работающий при комнатной температуре - по крайней мере, в довольно прохладной комнате. Материал становится сверхпроводящим при температурах ниже примерно 15° по Цельсию (59° по Фаренгейту), сообщил физик Ранга Диас из Университета Рочестера в Нью-Йорке и его коллеги.

Результаты работы команды «просто прекрасны», - говорит химик-материаловед Рассел Хемли из Иллинойского университета в Чикаго, который не принимал участия в исследовании. Однако способность к сверхпроводимости нового материала проявляется только при чрезвычайно высоких давлениях, что ограничивает его практическое применение.

Диас и его коллеги сформировали сверхпроводник, сжав углерод, водород и серу между кончиками двух алмазов и воздействуя на материал лазерным светом, чтобы вызвать химическую реакцию. При давлении, примерно в 2,6 миллиона раз превышающем давление атмосферы Земли, и температуре ниже примерно 15° C электрическое сопротивление исчезло.

Одного этого было недостаточно, чтобы убедить Диаса. «В первый раз я не поверил своим глазам», - говорит он. Поэтому команда исследовала дополнительные образцы материала и его магнитные свойства.

Известно, что сверхпроводники и магнитные поля конфликтуют - сильные магнитные поля препятствуют сверхпроводимости. Конечно, когда материал помещали в магнитное поле, для сверхпроводимости требовались более низкие температуры. Команда также поместила материал в осциллирующее магнитное поле и показала, что, когда материал стал сверхпроводником, он вытеснил это магнитное поле изнутри, что стало еще одним признаком сверхпроводимости.

Ученые не смогли определить точный состав материала или расположение его атомов, что затрудняет объяснение того, как он может быть сверхпроводящим при таких относительно высоких температурах. По словам Диаса, дальнейшая работа будет сосредоточена на более полном описании материала.

Когда в 1911 году была открыта сверхпроводимость, она обнаруживалась только при температурах, близких к абсолютному нулю (-273,15 °C). Но с тех пор исследователи постоянно открывают материалы, которые обладают сверхпроводимостью и при более высоких температурах. В последние годы ученые в своих исследованиях рассчитывают на материалы с высоким содержанием водорода при высоком давлении.

В 2015 году физик Михаил Еремец из Института химии Макса Планка в Майнце, Германия, и его коллеги сжали водород и серу, чтобы получить сверхпроводимость при температурах до -70 °C. Несколько лет спустя две группы, одна во главе с Еремцем, а другая с участием Хемли и физика Мэддури Сомаязулу, изучали соединение под высоким давлением лантана и водорода. Обе группы обнаружили признаки сверхпроводимости при еще более высоких температурах, составляющих -23 °C и -13 °C соответственно, а у некоторых образцов, возможно, при достижении 7 °C.

Открытие сверхпроводимости при комнатной температуре неудивительно. «Очевидно, что мы движемся к этому, - говорит химик-теоретик Ева Зурек из Университета Буффало в Нью-Йорке, которая не принимала участия в исследовании. - Но преодоление символического барьера комнатной температуры - «действительно большой шаг».

Если бы сверхпроводник, работающий при комнатной температуре, можно было бы использовать при атмосферном давлении, он мог бы сэкономить огромное количество энергии, теряемой из-за сопротивления в электрической сети. И это могло бы улучшить существующие технологии, от аппаратов МРТ до квантовых компьютеров и поездов с технологией магнитной левитации. Диас предполагает, что человечество может стать «сверхпроводящим обществом».

Но до сих пор ученые создали только крошечные частицы этого материала под высоким давлением, поэтому до практического применения еще далеко.

Тем не менее, «температура больше не является пределом», - говорит Сомаязулу из Аргоннской национальной лаборатории в Лемонте, штат Иллинойс, который не участвовал в новом исследовании. Вместо этого у физиков теперь есть новая цель: создать сверхпроводник, без особых усилий работающий при комнатной температуре.