Открыт сверхпроводник, работающий при комнатной температуре: новая эра электроники или хайп лженауки?
Исследователи назвали новый материал «красной материей» из-за того, что он резко меняет цвет с синего на розовый, когда становится сверхпроводящим, а затем на красный, когда превращается в обычный металл. Стоит сразу же отметить, что на данный момент это всего лишь одна команда исследователей, которая делится своими наблюдениями. Данные их работы были представлены в престижном журнале Nature и наверняка вызовут множество споров и здорового скептицизма.
Одно из основных опасений заключается в том, что эта же группа исследователей опубликовала заявления об аналогичном открытии сверхпроводника при комнатной температуре еще в 2020 году. Позже Nature отозвала это заявление из-за проблем с воспроизводимостью эксперимента и вопросов по поводу некоторых его данных.
Каким будет мир сверхпроводников
Сверхпроводимость имеет такое большое значение, потому что обычно, когда электричество течет по проводам — скажем, от электростанции к вашему дому или через внутреннюю схему вашего смартфона — оно сталкивается с трением. Это сопротивление приводит к потере энергии в виде тепла. Еще в 1911 году исследователи установили, что некоторые материалы теряли эту стойкость при сильном холоде и высоком давлении. В таких экстремальных условиях квантовое поведение электронов внутри сверхпроводников усиливается, что позволяет им образовывать так называемые куперовские пары, что позволяет им путешествовать через материал с идеальной эффективностью.
Сверхпроводимость относительно легко обнаружить, поскольку она также приводит к тому, что материал излучает поля магнитного потока. Но получение материалов, способных к сверхпроводимости при температурах и уровнях давления, которые были бы эффективными и практичными, было невероятно сложной задачей, над которой физики работали десятилетиями. Команда из Университета Рочестера утверждает, что теперь им удалось приблизиться к этому с помощью красной материи.
Красная материя
Для создания материала исследователи разработали газовую смесь, состоящую из 99% водорода и 1% азота. Оставленные в камере с лютецием на несколько дней при температуре 200 градусов по Цельсию, компоненты прореагировали с образованием ярко-синего соединения. Затем команда поместила материал на алмазную наковальню, которая используется для того, чтобы подвергать материалы сильному давлению. По мере увеличения давления материал претерпел «заметную визуальную трансформацию», изменив цвет с синего на розовый, поскольку он стал сверхпроводящим, что команда подтвердила, измерив как магнитные поля вокруг материала, так и его электропроводность.
По мере того как давление продолжало расти, материал становился ярко-красным, переходя через свою сверхпроводящую фазу в несверхпроводящее металлическое состояние. В итоге красная материя проявляла сверхпроводимость при температуре около 21°С при сжатии порядка 10 000 атмосфер.
Поскольку давление для достижения сверхпроводимости тысячекратно превышает нормальное давление земной атмосферы, поэтому для его практического использования потребуются подходящие конструкции и оборудование. Маловероятно, что в ближайшее время ваш телефон получит сверхспособности. Но это все еще значительно более низий показатель, чем у других кандидатов в сверхпроводники при комнатной температуре — для них требуется давление в миллионы атмосфер.
Ложка дегтя
Одна из крупных проблем сейчас заключается в том, что исследователи не совсем уверены в точной структуре красного вещества. Это затрудняет понимание того, как он становится сверхпроводящим.
Есть признаки того, что в данном случае сверхпроводимость может быть достигнута с помощью механизма, отличного от других сверхпроводников, отмечают физики Чан Цин Джин и Дэвид Сеперли, которые не участвовали в исследовании, но написали сопроводительную статью. «[Структурная модель]... предполагает, что в образцах авторов относительно мало водорода по сравнению с аналогичными сверхпроводящими соединениями», — пишут они.
«Потребуются дальнейшие исследования, чтобы подтвердить, что [этот] материал является высокотемпературным сверхпроводником, а затем понять, управляется ли это состояние индуцированными вибрацией куперовскими парами или нетрадиционным механизмом, который еще предстоит раскрыть», — добавляют ученые.
Впрочем, авторы исследования, хоть и признают ряд не до конца очевидных моментов, настроены оптимистично. По их словам, благодаря новому открытию мир оказался на пороге новой эры сверхпроводников, и не исключено, что технологии могут совершить радикальный скачок в этом направлении уже в ближайшее десятилетие.