Что произошло
Ученые Университета Рочестера смогли создать материал, который демонстрирует сверхпроводимость при комнатной температуре и более низком давлении, чем у других сверхпроводников.
Сверхпроводник — это материал, который передает электрический ток в десятки раз эффективнее стандартных кабелей из меди. Он способен проводить ток без сопротивления и потерь электроэнергии. Применение таких материалов может сильно продвинуть многие сферы — от медицины до транспорта и энергетики.
Новый сверхпроводящий материал создала команда исследователей под руководством доцента кафедры машиностроения и физики Ранги Диаса. Они утверждают, что гидрид лютеция с добавлением азота проявляет сверхпроводимость при температуре в 20,5°C (69°F) и давлении в 10 килобар (примерно 10,2 т на см²). И хотя такие показатели давления очень высоки, достичь их вполне реально — например, в обычном производстве микросхем используют соединения, которые удерживаются вместе еще более высоким внутренним химическим давлением.
Ученые поместили чистый образец лютеция и газовую смесь из 99% водорода и 1% азота в реакционную камеру и дали им реагировать в течение нескольких дней при температуре в 200°C.
Полученное соединение специалисты из Рочестерского университета назвали reddmatter из-за сходства с материалом, который создал Спок в «Стар Треке». Первоначально reddmatter был блестящего голубоватого цвета, но при воздействии с алмазным прессом стал розовым, а затем ярко-красным.
Почему это важно
Идея сверхпроводников появилась больше столетия назад — в 1911 году. Для того чтобы материалы демонстрировали нужные ученым свойства сверхпроводимости, приходилось использовать температуры, близкие к абсолютному нулю — от минус 196°С до минус 268°С. Если температуру все же удавалось приблизить к комнатной, то только при экстремально высоком давлении. Из-за этого сверхпроводники оказывались непрактичными и не выходили в широкое производство.
Поэтому разработку ученых из Рочестерского университета можно считать историческим достижением. Практическое применение сверхпроводников открывает двери таким технологиям будущего, как:
- электрические сети, способные передавать энергию без потерь, которые обычно возникают из-за сопротивления в проводах;
- левитирующие высокоскоростные поезда, которые смогут перевозить людей из одной точки страны в другую, почти не затрачивая электричество;
- более дешевые технологии магнитно-резонансной томографии и другой медицинской визуализации;
- усовершенствованные устройства компьютерной памяти и микросхемы;
- реакторы-токамаки, которые используют для управляемого термоядерного синтеза — освоение этой технологии позволит заменить атомные электростанции на экологически безопасные источники практически неиссякаемой энергии.
Открытие reddmatter — заслуга не только состоявшихся ученых, но и выпускников и нынешних студентов Рочестерского университета. Среди основных направлений их работы — машинное обучение и создание алгоритмов, которые смогут предсказывать, какие еще материалы могут стать сверхпроводниками. Эти алгоритмы будут перебирать тысячи возможных комбинаций редкоземельных металлов, азота, углерода и водорода.
Кроме того, при университете собираются создать Центр инноваций в области сверхпроводимости, куда будут привлекать новых исследователей. «Мы постепенно переходим от фундаментальных исследований к инжинирингу, а вместе с инжинирингом, очевидно, придет и промышленное применение. Таким образом, это максимально приблизит нас к реализации того, что мы считаем святым граалем сверхпроводимости», — рассказывает Ренато Перручио, заведующий кафедрой машиностроения Рочестерского университета.