Исследовательская группа во главе с физиком из Рочестерского университета Ранга Диас в сотрудничестве с Ашканом Саламатом, доцентом кафедры физики и астрономии UNLV, установила сверхпроводимость при комнатной температуре в ячейке с алмазной наковальней – маленьком портативном и широко используемом исследовательском устройстве, которое позволяет сжатие крошечных материалов до экстремальных давлений – давлений, которые вы можете найти только в центре Земли.
Хотя феномен, наблюдаемый исследовательской группой и представленный сегодня в качестве обложки в журнале Nature, находился на ранней стадии или фундаментальном уровне, открытие имеет значение для того, как энергия сохраняется и передается. Это также может однажды изменить способ питания повседневных технологических устройств – от ноутбуков до аппаратов МРТ -, способы транспортировки людей и товаров и то, как все общество могло бы работать в будущем.
«Это революционный поворотный момент», – сказал Саламат, возглавляющий Лабораторию экстремальных условий штата Невада в UNLV, недавно созданной многопрофильной группе, которая исследует фундаментальные экспериментальные, вычислительные и инженерные проблемы материалов, находящихся под высоким давлением. "Открытие новое, технология находится в зачаточном состоянии и является видением будущего, но возможности безграничны. Это может произвести революцию в энергосистеме и изменить каждое устройство с электронным управлением."
Сверхпроводимость – это замечательное квантовое явление, поскольку его отличительные свойства включают в себя вытеснение магнитных полей и электрический поток с нулевым сопротивлением, что означает, что энергетический ток, проходящий через цепь, проходит бесконечно и идеально, без потери мощности.
С момента его первого наблюдения в 1911 году ученые наблюдали сверхпроводимость только при очень низких температурах – температурах в пределах нескольких градусов от абсолютного нуля (минус 273 градуса Цельсия), что сделало бы широкое и практическое применение недостижимым. Однако в 1968 году ученые предсказали, что металлический водород, доступный при очень высоких давлениях, может стать ключевым ингредиентом в открытии сверхпроводимости при комнатной температуре или выше.
"Из-за пределов низких температур материалы с такими необычными свойствами не совсем изменили мир так, как многие могли бы вообразить. Однако наше открытие разрушит эти барьеры и откроет двери для многих потенциальных приложений », – сказал Диас в отчете Университета Рочестера.
В лаборатории Диаса в Университете Рочестера группа исследователей работала над химическим синтезом водорода, пытаясь решить вековую проблему. Подобно поисковой системе материалов, Саламат и Диас использовали ячейку с алмазной наковальней для сканирования пространства температуры и давления, чтобы найти правильную комбинацию, которая переводит сероуглеродный водород сначала в металлическое состояние, а затем еще дальше в сверхпроводящее состояние при комнатной температуре.
U.S. Саламат отмечает, что энергосистема, состоящая из металлических кабелей, теряет около 20 миллиардов долларов в год из-за рассеивания тока.
Хотя такой металл, как медь, демонстрирует наименьшее сопротивление почти из всех металлов, он все же устойчив. Проходящий ток через медь и другие металлы генерирует тепло, и, как следствие, теряется энергия (подумайте о тепле, выходящем из нижней части вашего ноутбука).
Сверхпроводимость при комнатной температуре позволит току течь через замкнутый контур навсегда, а это означает, что энергия не будет потеряна. В далеком будущем такое состояние могло бы позволить построить солнечную ферму на юго-западе США.S. для транспортировки энергии на восточное побережье без потерь, или аппараты МРТ, которым в настоящее время требуется жидкий гелий для работы, для развертывания в зонах боевых действий. Это может изменить способ проектирования и изготовления электроники и произвести революцию в транспортной системе.
Открытие сверхпроводника при комнатной температуре, сказал Саламат, было не тем, что вы бы назвали моментом "эврики", а, скорее, методической и целенаправленной работой, предпринятой им и Диасом. Их следующий шаг – разработать протокол, который снимает давление с этих материалов, сохраняя при этом их сверхпроводящие свойства.
Чтобы поддержать их продолжающуюся работу над проблемой, Диас и Саламат основали новую компанию Unearthly Materials, чтобы найти путь к сверхпроводникам при комнатной температуре, которые можно производить в больших масштабах при атмосферном давлении.
"Мы живем в обществе полупроводников", – сказал Саламат. «С помощью такого рода технологий вы можете вывести общество из полупроводящего общества в сверхпроводящее."