Nadprzewodnik wykonany z "czerwonej materii" mógłby zrewolucjonizować elektronikę - jeśli zadziała

Źródło: Steve Jacobsen/Centrum Zasobów Edukacji Naukowej (SERC) w Carleton College | Do stworzenia materiału użyto diamentowego kowadła

Nadprzewodnictwo w temperaturze i ciśnieniu pokojowym było głównym celem materiałoznawstwa od ponad wieku i być może w końcu zostało osiągnięte. Jeśli ten nowy materiał nadprzewodzący rzeczywiście działa, może zrewolucjonizować sposób, w jaki nasz świat jest zasilany – ale wyniki są najpierw kierowane do poważnej analizy naukowej.

Kiedy materiał jest nadprzewodzący, prąd elektryczny przepływa przez niego z zerowym oporem, co oznacza, że żadna energia nie jest tracona w postaci ciepła. Ale każdy nadprzewodnik wyprodukowany do tej pory wymagał wyjątkowo wysokich ciśnień, a większość z nich wymagała bardzo niskich temperatur.

Ranga Dias z Uniwersytetu Rochester w Nowym Jorku i jego współpracownicy twierdzą, że stworzyli materiał złożony z wodoru, azotu i lutetu, który staje się nadprzewodnikiem w temperaturze zaledwie 21°C i pod ciśnieniem 1 gigapaskala. To prawie 10 000 razy więcej niż ciśnienie atmosferyczne na powierzchni Ziemi, ale wciąż znacznie niższe ciśnienie którego wymagał jakikolwiek poprzedni materiał nadprzewodzący. „To tak jakby porównać jazdę konną w latach 40-tych i jazdę samochodem Ferrari – taki jest poziom różnicy między poprzednimi eksperymentami a tym” - podaje Dias.

Aby wytworzyć materiał, umieścili kombinację trzech elementów w diamentowym kowadle – maszynie, która ściska próbki do niezwykle wysokiego ciśnienia między dwoma diamentami – i ścisnęli. Gdy materiał został skompresowany, jego kolor zmienił się z niebieskiego na czerwony, co skłoniło naukowców do nadania mu przydomka „czerwona materia”.

Następnie naukowcy przeprowadzili serię testów badających opór elektryczny i pojemność cieplną czerwonej materii oraz jej interakcję z przyłożonym polem magnetycznym. Podają, że wszystkie testy wskazywały na to, że materiał jest nadprzewodzący.

Ale nie wszyscy badacze w tej dziedzinie są przekonani. „Być może odkryli coś absolutnie przełomowego i wstrząsającego, coś, co dałoby nagrodę Nobla, ale mam pewne wątpliwości” – mówi James Hamlin z Uniwersytetu Florydy.

Niektóre z zastrzeżeń jego i innych badaczy nadprzewodnictwa wynikają z kontrowersji wokół artykułu Diasa i jego zespołu z 2020 r., w którym stwierdzono nadprzewodnictwo w temperaturze pokojowej i które zostało później wycofane przez czasopismo naukowe Nature. W tamtym czasie niektórzy kwestionowali, czy dane przedstawione w artykule są dokładne i zadawali pytania o to, w jaki sposób opublikowane dane pochodzą z surowych pomiarów.

„Dopóki autorzy nie udzielą odpowiedzi na te pytania zrozumiale, nie ma powodu, by sądzić, że dane, które publikują w tym artykule, odzwierciedlają fizyczne właściwości rzeczywistych próbek fizycznych” - twierdzi Jorge Hirsch z Uniwersytetu California San Diego.

Jednym z powodów, dla których sceptycyzm jest tak trudny do uspokojenia, jest to, że nie wiemy wystarczająco dużo o czerwonej materii, aby zbudować teoretyczne zrozumienie mechanizmu stojącego za jej możliwym nadprzewodnictwem. „Wciąż pozostaje wiele do zrobienia, jeśli chodzi o zrozumienie dokładnej struktury tego materiału, co ma kluczowe znaczenie dla opisania nadprzewodnictwa tego materiału” — podaje Dias. - „Mamy nadzieję, że jeśli uda nam się wytworzyć go w większych ilościach, lepiej zrozumiemy strukturę materiału”.

Jeśli teoretycy będą w stanie dokładnie ustalić, w jaki sposób i dlaczego ten materiał staje się nadprzewodnikiem, to zarówno przekona badaczy, że w rzeczywistości jest nadprzewodnikiem, jak i może skierować czerwoną materię na drogę produkcji przemysłowej. „Struktury znalezione w tej pracy są prawdopodobnie zupełnie inne od wcześniej potwierdzonych materiałów nadprzewodzących” - mówi Eva Zurek z Uniwersytetu Buffalo w Nowym Jorku. - „Mechanizm stojący za nadprzewodnictwem tego związku może być inny, ale nie wiem na pewno, ponieważ nie mam struktury, na której mogłabym pracować”.

Jeśli niezależne grupy będą w stanie zweryfikować nadprzewodnictwo czerwonej materii i ustalić jej strukturę, może to być jedno z najważniejszych odkryć naukowych w historii. Nadprzewodnik o temperaturze pokojowej i ciśnieniu pokojowym może pozwolić na wydajniejszą i bardziej ekologiczną sieć elektroenergetyczną, na lewitację magnetyczną i wiele więcej. „Myślę, że istnieje wiele technologii, których jeszcze nawet nie wymyślono, a które mogłyby wykorzystywać nadprzewodnictwo w temperaturze i ciśnieniu pokojowym” — mówi Zurek.

Ale naukowcy nie marzą jeszcze o społeczeństwie nadprzewodzącym. „Oczywiście wyniki będą poddane szczegółowej kontroli” — mówi Hamlin. - „Myślę, że różnicę tutaj będzie stanowić fakt, że przy tak niskich ciśnieniach wiele innych zespołów może badać ten materiał”. Tylko kilka laboratoriów na całym świecie ma drogie i skomplikowane kowadła diamentowe zdolne do osiągnięcia wysokich ciśnień wymaganych w poprzednich eksperymentach nadprzewodnictwa, ale ogniwa ciśnieniowe, które mogą osiągnąć 1 gigapaskal, są stosunkowo powszechne.

To może być największy czynnik odróżniający tę pracę od tej wycofanej z 2020 roku. „Ich poprzednia praca wciąż nie została odtworzona przez niezależną grupę, ale ta powinna zostać odtworzona bardzo szybko” — mówi Tim Strobel z Carnegie Institution for Science w Waszyngtonie. - „Niedługo się tym zajmiemy”. Jeśli wszystko pójdzie dobrze, może to oznaczać początek rewolucji energetycznej.