Увенчались ли наконец успехом поиски сверхпроводимости при комнатной температуре? Исследователи из Рочестерского университета (U of R), которые ранее были вынуждены отказаться от спорного утверждения о сверхпроводимости при комнатной температуре при высоких давлениях, вернулись с еще более впечатляющим заявлением. На этой неделе в Природа они сообщают новый материал, обладающий сверхпроводимостью при комнатной температуре— и не намного больше, чем давление окружающей среды.
«Если это так, то это совершенно революционно», — говорит Джеймс Хэмлин, физик из Университета Флориды, не участвовавший в работе. Сверхпроводник при комнатной температуре станет воплощением вековой мечты. Существующие сверхпроводники требуют дорогих и громоздких систем охлаждения, чтобы проводить электричество без трения, но материалы комнатной температуры могут привести к сверхэффективным электрическим сетям и компьютерным чипам, а также к сверхмощным магнитам, необходимым для левитации поездов и термоядерной энергии.
Но, учитывая недавнее опровержение группы U of R, многих физиков будет нелегко убедить. «Я думаю, что им придется проделать настоящую работу и быть по-настоящему открытыми, чтобы люди поверили в это», — говорит Хэмлин. Хорхе Хирш, физик из Калифорнийского университета в Сан-Диего и яростный критик более ранней работы, высказывается еще более резко. “Я сомневаюсь [the new result]потому что я не доверяю этим авторам».
Группа U of R, возглавляемая физиком Рангой Диасом, произвела сенсацию в 2020 году, когда сообщила о сверхпроводимости в крошечной частичке углерода, серы и водорода (CSH), созданной путем сжатия материалов между кончиками двух алмазов в миллионы раз. атмосферное давление. Ученые создали другие сверхпроводники, богатые водородом, известные как гидриды, но их нужно было охлаждать до 250 К (–23°C) или ниже. CSH сверхпроводит при 287 К, температуре винного холодильника.
Но другие исследователи не смогли воспроизвести результаты CSH и жаловались, что рецепт исследования был расплывчатым и неполным. Другие возражали против того, как группа U of R измерила магнитное поведение материала, ключевой признак сверхпроводимости. В конечном счете, Природа отозвал статью в сентябре 2022 года, несмотря на возражения всех ее авторов.
22 февраля Диас и его коллеги удвоили свои первоначальные претензии. В препринте, размещенном на arXiv, они сообщили синтез новой версии CSH который сверхпроводит при немного более низкой температуре 260 К, но только при примерно половине предыдущего давления. «Это должно прояснить любые вопросы, касающиеся CSH», — говорит соавтор Рассел Хемли, рентгеновский кристаллограф из Университета Иллинойса в Чикаго, который помог определить структуру материала.
Теперь появляется еще более многообещающее вещество: гидрид лютеция, легированный азотом (LNH). Чтобы сделать это, команда Диаса загрузила тонкую лютециевую фольгу в алмазные тиски и впрыснула смесь газообразного водорода и азота. Подняв давление до 2 гигапаскалей (почти в 20 000 раз выше атмосферного давления) и выдержав смесь при температуре 200°C в течение 3 дней, они создали ярко-синюю кристаллическую крупинку, которая сохранилась даже после того, как давление было снижено.
Когда они подняли давление до 0,3 гигапаскаля, синее пятнышко стало розовым, а электрическое сопротивление упало до нуля. Вещество достигло пиковой температуры сверхпроводимости 294 К — на 7° теплее, чем исходный CSH, и действительно комнатной температуры — при давлении 1 гигапаскаль. Магнитные измерения также показали, что образец отталкивает внешнее магнитное поле, что является отличительной чертой сверхпроводников. Документ, по словам авторов, прошел пять раундов рецензирования.
«Это самое подробное исследование гидрида за всю историю», — говорит Ашкан Саламат, физик из Университета Невады в Лас-Вегасе и один из ведущих авторов исследования. Другие согласны с тем, что результаты выглядят впечатляюще. «Это выглядит правдоподобно, — говорит Александр Гончаров, физик из Института науки Карнеги. «Если это правильно, статья — это демонстрация силы, в которой используются все различные методы», — говорит Хэмлин.
Но LNH вызывает столько же вопросов, сколько и ответов. «Это как бы противоречит всему, что я ожидал от гидридов», — говорит Лилия Боэри, физик-теоретик из Римского университета Ла Сапиенца. В традиционной теории сверхпроводимости колебания в кристаллической решетке материала действуют как клей между парами электронов, позволяя им проводить ток без сопротивления. Расчеты Боэри и других предполагают, что гидридные сверхпроводники при атмосферном давлении могут существовать, но только при более низких температурах, около 125 К. По ее словам, при более высоких температурах вибрационный клей теряет свою хватку, и только сильное давление может «ужесточить» решетку и заставить электроны двигаться. разделиться на пары.
Диас и его коллеги утверждают, что именно здесь появляется азот в их новом материале. Атомы азота крошечные по сравнению с лютецием. Они считают, что атомы азота могут извиваться между атомами лютеция, образуя подобную клетке структуру, которая придает жесткость остальной части решетки. Он и его коллеги еще не подтвердили эту структуру. Но Диас предполагает, что это «обеспечивает стабильность сверхпроводимости при более низком давлении».
Чтобы разгадать загадку, команда U of R «должна сделать все возможное, чтобы помочь другим группам воспроизвести ее», — говорит Михаил Еремец, физик из Института химии Макса Планка, чья команда открыла первый гидридный сверхпроводник в 2015 году, но не смогла. повторить результаты CSH. «Если они этого не сделают, это будет катастрофа». Но такого уровня сотрудничества не предвидится. Диас говорит, что Unearthly Materials, компания, основанная им и Саламатом, пытается коммерциализировать новый гидрид. «Мы не собираемся распространять этот материал, учитывая проприетарный характер нашего процесса и существующие права на интеллектуальную собственность», — сказал Диас по электронной почте.
Другие физики недовольны. «Это совершенно ненаучное поведение, — говорит Боэри. Хэмлин говорит, что он не поручит студенту повторить работу, если группа U of R не поделится образцами и необработанными данными.
Саламат говорит, что необработанные данные доступны в Интернете. Что касается обмена образцами, в документе содержится подробный рецепт, говорит он. «Люди могут пойти дальше и сделать это для себя».
Еремец планирует попробовать. Поскольку LNH можно изготавливать при более низком давлении, для которого не требуются алмазные тиски, «многим группам будет намного легче это проверить», — говорит он. Хемли, который помогает группе U of R определить структуру LNH, соглашается. «Теперь это совсем другая игра, — говорит он.