ニューヨークの物理学者チームが、室温で完全な効率で電気を伝導する材料を発見しました。水素、炭素、硫黄の化合物は、最高華氏 59 度で超伝導体として機能することを、チームは本日 Nature に報告しました。 .これは、昨年設定された以前の高温超伝導記録よりも 50 度以上高温です。
「室温超伝導が発見されたと本当に主張できるのは、これが初めてです」と、スペインのバスク大学の凝縮物質理論家である Ion Errea 氏は述べていますが、この研究には関与していません。
ケンブリッジ大学の材料科学者である Chris Pickard は、「これは明らかにランドマークです。 「それは肌寒い部屋です。英国のビクトリア様式のコテージかもしれません」と彼は 59 度の温度について語った.
ロチェスター大学のランガ・ディアスが率いるチームによって作成された新発見の化合物は、損失のない電力線、摩擦のない高速列車、または革新的な技術のいずれにも決して使用されないことを研究者は強調しています。超伝導の根底にある壊れやすい量子効果が真の周囲条件で維持できれば、それは遍在する可能性があります。これは、この物質が室温で超伝導するのは、一対のダイヤモンドの間で地球のコアに見られる圧力の約 75% もの極端な圧力に押しつぶされている間だけだからです。
「人々は室温超伝導について永遠に語ってきました」とピカードは言いました。 「彼らは、私たちがそれを行ったとき、私たちが非常に高いプレッシャーの中でそれを行うつもりだったことを十分に理解していなかったかもしれません.」
材料科学者は現在、常温だけでなく日常的な圧力下でも動作する超伝導体を発見するという課題に直面しています。新しい化合物の特定の特徴は、原子の適切なブレンドがいつの日か見つかるという希望をもたらします.
通常の配線では、自由に流れる電子が金属を構成する原子にぶつかると電気抵抗が発生します。しかし、研究者は 1911 年に、低温では電子が金属の原子格子に振動を誘発し、その振動が電子を引き寄せてクーパー対として知られる対を形成することを発見しました。異なる量子規則がこれらのカップルを支配し、金属の格子を妨げられずに通過するコヒーレントな群れで一緒に流れるため、抵抗はまったくありません.また、超伝導流体は磁場を放出します。この効果により、磁気浮上する乗り物が超伝導レールの上を摩擦なく浮くことができます。
しかし、超伝導体の温度が上昇すると、粒子がランダムに揺れ動き、電子の繊細なダンスが壊れます。
研究者たちは何十年もかけて、日常の環境の熱に耐えるのに十分なほど緊密にタンゴをペアにするクーパーを持つ超伝導体を探してきました。 1968 年、コーネル大学の固体物理学者 Neil Ashcroft は、水素原子の格子がうまくいくことを提案しました。水素の小さいサイズにより、電子は格子のノードに近づき、振動との相互作用が増大します。また、水素の軽さにより、誘導波紋の振動が速くなり、クーパー ペアを結合する接着剤がさらに強化されます。
水素を金属格子に押しつぶすには、非現実的なほど高い圧力が必要です。それでも、Ashcroft の研究は、水素と 2 番目の元素の混合物である「水素化物」が、より利用しやすい圧力で金属水素の超伝導を実現する可能性があるという希望をもたらしました。
進歩は 2000 年代に始まりました。スーパーコンピューター シミュレーションによって理論家がさまざまな水素化物の特性を予測できるようになり、コンパクトなダイヤモンド アンビルが広く使用されるようになったことで、実験者は最も有望な候補を絞ってその能力をテストできるようになりました。
突然、水素化物が記録を打ち立て始めました。ドイツのチームは 2015 年に、腐った卵に含まれる刺激性の化合物である硫化水素の金属形態が、大気圧の 150 万倍の圧力下で華氏マイナス 94 度で超伝導することを示しました。 4 年後、別のグループが 8 度で同じ化合物に超伝導の証拠を発見したのと同じように、同じ研究室が水素化ランタンを使用して 180 万気圧下で -10 度を達成しました。
ロチェスターにあるディアスの研究室は、これらの記録を打ち破りました。直感と大まかな計算に基づいて、チームは水素のゴルディロックス比を求めてさまざまな水素化合物をテストしました。水素の添加量が少なすぎると、化合物は金属水素ほど確実に超伝導しません。添加量が多すぎると、サンプルが金属水素のように振る舞いすぎて、ダイヤモンド アンビルが割れる圧力でのみ金属化します。調査の過程で、チームは 3,000 ドルのダイヤモンド ペアを何十個も破壊しました。 「それが私たちの研究の最大の問題であり、ダイヤモンドの予算です」とディアスは言いました。
優勝したレシピは、2015 年のレシピのリフであることが判明しました。研究者は硫化水素から始め、メタン (炭素と水素の化合物) を加え、調合物をレーザーで焼いた.
ディアス氏の共同研究者でネバダ大学ラスベガス校の凝縮物質物理学者であるアシュカン・サラマット氏は、次のように述べています。
しかし、彼らが作った水素-炭素-硫黄のポーションの詳細は、彼らにはわかりません。水素は小さすぎて従来の格子構造のプローブでは検出できないため、グループは原子がどのように配置されているか、あるいは物質の正確な化学式さえも知りません。
バッファロー大学の計算化学者である Eva Zurek は、Dias の研究室と緩やかに提携している理論家のグループに属しています。今年初め、彼らは、ダイヤモンドの金床の間に形成された可能性のある 1 つの金属が超伝導する条件を予測し、異なる挙動を発見しました。彼女は、代わりに、高圧がディアスの物質を超伝導が特に強い未知の形に変えたのではないかと考えています.
ディアスのグループが手に入れたものを正確に把握できたら (彼とサラマットが言う詳細は近日中に発表される)、理論家はこの水素-炭素-硫黄混合物に超伝導力を与える機能を調査するモデルを構築します。レシピをさらに変更します。
物理学者は、ほとんどの 2 元素水素ハイブリッドが行き止まりであることを証明しましたが、新しい 3 元素ブレンドは、複雑なキメラ材料の世界への潜在的に重要な進歩を示しています。関連する要素の 1 つは、一部の人にとって特に有望に思えます。
「この研究で私が気に入っているのは、システムに炭素を導入することです」と、2015 年と 2019 年の水素化物の記録を打ち立てたドイツのマックス プランク化学研究所の実験者である Mikhail Eremets 氏は述べています。
彼は、水素の軽さだけが、電子をクーパー対に導く振動を強化する唯一の方法ではないことを説明しました。格子内の隣接する原子間のより強い結合も助けになり、「炭素には非常に強い共有結合があります」と彼は言いました。カーボン フレームを備えた素材は、人間が快適と感じる低圧でアセンブリ全体が転倒するのを防ぐという追加の利点をもたらす可能性があります。
ズレックは同意します。 「部屋のプレッシャーは非常に難しいと思いました」と彼女は言いました。 「しかし、炭素化合物を混合物に取り入れることができれば、それが前進への道を示していると思います。」
この記事は Wired.com に転載されました。
