数十年後、室温超伝導を達成|物理

数十年にわたる探求を成し遂げ、今週、研究者は、電気抵抗をゼロにするために冷却する必要のない最初の超伝導体を作成したことを報告します。問題があります。新しい室温超伝導体は、地球の中心の圧力の約 4 分の 3 に相当する圧力でしか機能しません。しかし、研究者が大気圧で材料を安定化させることができれば、MRI 装置や磁気浮上式鉄道用の、冷凍を必要としない低損失の送電線や超強力な超伝導磁石など、超伝導の夢のような応用が手の届くところにある可能性があります。

「これは目印です」と、ケンブリッジ大学の物理学者であるクリス・ピカードは言います。しかし、実験の極端な条件は、それが「かなり壮観」であったとしても、「これは確かにデバイスを作るのに役に立たないだろう」ことを意味します.

ロチェスター大学の物理学者ランガ・ディアスが率いるチームによるこの発表は、温度計の長い行進を締めくくります。超伝導は、1911 年にオランダの物理学者 Heike Kamerlingh Onnes によって、絶対零度より 4.2°高い温度、つまり 4.2 K に冷却された水銀線で最初に発見されました。電子が超伝導体を通り抜けると、材料の構造が一時的に変形し、別の電子が抵抗なく後流に引き寄せられることが示唆されました.

1986 年に、2 人の物理学者が、異なる材料である酸化銅セラミックスでは、超伝導がより高い「臨界温度」または T_c で始まることを発見しました。、30 Kの。他のグループは、関連するセラミックレシピをすぐに調理しました。 1994 年までに、彼らは T_c を推進しました圧力下の水銀ベースの酸化銅で最大 164 K。カップレートの超伝導体では電子も対になりますが、どのように超伝導するのかは不明のままです。

1968 年、コーネル大学の理論家 Neil Ashcroft は、別のタイプの材料が室温以上で BCS 超伝導を示すはずであると提案しました。それは、強い圧力下の水素です。多くのグループが、ダイヤモンドアンビルセルを使用して、そのような金属水素を生成すると主張しています。しかし、その結果は依然として議論の余地があります。その理由の 1 つは、圧力が地球の中心での圧力を超えて非常に高くなり、通常はダイヤモンドが割れてしまうためです。 2004 年、Ashcroft は、水素を別の元素に結合させると、一種の「化学的予備圧縮」が追加され、より低い圧力で高温超伝導が可能になる可能性があると示唆しました。

戦略はうまくいきました。 2015 年、マックスプランク化学研究所の Mikhail Eremets が率いる研究者は Nature で報告しました。彼らは H₃ で 203 K で超伝導を発見した S は 155 ギガパスカル (GPa) に圧縮され、これは地球の大気圧の 100 万倍以上です。次の 3 年間で、Eremets などは T_c を後押ししましたランタンを含む水素に富む化合物では 250 K にもなります。しかし、圧力を解放すると、それらすべての化合物が崩壊します。

Dias と彼の同僚は、T_c をプッシュできると考えていました。 3 番目の元素である炭素を追加することで、さらに高くなります。炭素は、隣接する原子と強い結合を形成します。「私たちは盲目的に飛んでいました」と、ネバダ大学ラスベガス校の物理学者でチームメンバーの Ashkan Salamat は言います。

彼らはダイヤモンドアンビルセルに、炭素と硫黄を一緒に粉砕した小さな固体粒子を入れ、水素、硫化水素、メタンの 3 つのガスをパイプで送り込みました。次に、緑色のレーザーをダイヤモンドに照射し、化学反応を引き起こし、混合物を透明な結晶に変えました。

次に、圧力を 148 GPa まで上げ、電気リードを介してサンプルの導電率を調べたところ、結晶が 147 K で超伝導になることがわかりました。圧力を 267 GPa まで上げると、チームは T_{c<に達しました。 /サブ> 287 K、肌寒い部屋または理想的なワインセラーの温度。磁場測定も、サンプルが超伝導になったことを示した、と Dias と彼の同僚は今週 Nature で報告している .}

「結果は信じられそうです」と Eremets 氏は言います。しかし、ロチェスターのチームはまだ超伝導性化合物の正確な構造を決定できていないと彼は指摘する.研究者たちはすぐにその問題に取り組み始め、さらに高温の超伝導体を期待して、3 成分の水素ベースの混合物に他の元素を代用し始める可能性も高い.バッファロー大学の理論家である Eva Zurek は次のように述べています。

Eremets 氏は、最終的な目標は、圧力が解放されたときに安定している室温超伝導体を見つけることだと付け加えています。研究者がそれをうまくやれば、結果は日常生活を変えるかもしれません。 Dias氏は、「これは実際に可能だと思います」と述べています。しかし、水素ベースの材料を大気圧で機能させる方法はまだ理論から示唆されていません。 Zurek 氏は、「必ずしも明確な道筋があるとは限りません」と付け加えています。