Полiт.ua Государственная сеть Государственные люди Войти
4 декабря 2016, воскресенье, 23:25
Facebook Twitter LiveJournal VK.com RSS

НОВОСТИ

СТАТЬИ

АВТОРЫ

ЛЕКЦИИ

PRO SCIENCE

ТЕАТР

РЕГИОНЫ

22 августа 2015, 14:42

Сверхпроводимость: все выше, и выше, и выше

Эффект Мейснера - магнит левитирует из-за вытеснения магнитного поля сверхпроводником
Эффект Мейснера - магнит левитирует из-за вытеснения магнитного поля сверхпроводником

Недавняя публикация в журнале Nature сообщает, что исследователям удалось получить эффект сверхпроводимости при температуре 203 кельвина (−70,15 °C). Это не только рекордно высокая температура для сверхпроводника, но и первый в истории случай, когда сверхпроводимость возникла при температуре, которая возможна в природных условиях.

Эффект сверхпроводимости впервые обнаружил в 1911 году голландский физик Хейке Кеммерлинг-Оннес, которому тремя годами в своей лаборатории в Лейдене ранее удалось получить жидкий гелий и охладить его до рекордной температуры в 1 кельвин. После этого он стал проводить эксперименты, изучая различные свойства веществ, охлажденных жидким гелием. В частности, его интересовало электрическое сопротивление ртути при очень низких температурах. В то время ученые не было ясно, как поведет себя проводник, охлажденный до температуры в несколько кельвинов. Предполагалось даже, что движение электронов совсем прекратится и металл вовсе перестанет проводить электричество.

Охлаждая ртуть жидким гелием, Кеммерлиг-Оннес обнаружил нечто совсем иное. При достижении температуры в 4,15 кельвина электрическое сопротивление ртути исчезало. «Сопротивление ртути практически нулевое», - записал ученый в лабораторном журнале. Кеммерлинг ввел для обнаруженного эффекта термин «сверхпроводимость». А значение температуры, при котором материал превращается в сверхпроводник, стали называть «критической температурой».

Вскоре Кемерлинг-Оннес и его коллеги добились сверхпроводимости в других материалах: свинце, олове, таллии и уране. После этого стало ясным, что критическая температура не едина для всех сверхпроводников, а индивидуальна. И тогда начались поиски экспериментаторов, стремящихся найти материал, который проявлял бы сверхпроводящие свойства при как можно более высокой температуре.

Поиски эти продолжаются и поныне. Сначала была эпоха чистых металлов, в которую рекорд высокой температуры сверхпроводимости установил ниобий (30 кельвинов). После Второй мировой физики приступили к исследованиям бинарных соединений. Тогда они обнаружили максимальную критическую температуру у соединения ниобия с германием Nb3Ge (23 К). Мощный прорыв в этой области в конце 1980-х произошел благодаря работам Карла Александра Мюллера и Георга Беднорц, исследовавшим свойства керамических материалов. Они обнаружили, что у соединения бария, лантана, меди и кислорода критическая температура равна 35 К (−238 °C). Работы Мюллера и Беднорца по керамическим сверхпроводникам вызвали множество экспериментов по всему миру.

Менее чем через год после публикации статьи Мюллера и Беднорца был достигнут важный рубеж. У Маокунь (Maw-Kuen Wu)  и Пол Чжу (Paul Chu) вместе со своими аспирантами в Университете Алабамы в Хантсвилле обнаружили, что оксид иттрия-бария-меди (формула YBa2Cu3O7-x, в статьях по физике часто обозначается YBCO) становится сверхпроводником при температуре 93 К. Значение этого открытия в том, что критическая температура YBCO выше точки кипения азота (77 К). А значит, для охлаждения сверхпроводника больше не нужно использовать жидкий гелий или водород, достаточно жидкого азота. С тех пор все сверхпроводники с критической температурой выше 77 К называют высокотемпературными сверхпроводниками.

 

Хронология открытия некоторых сверхпроводников и их критические температуры

В 1988 году Пола Гранта и его коллеги в исследовательском центре IBM в Альмадене обнаружили материал CaBaCuO с критической температурой 125 К. Еще через несколько лет в МГУ ученые под руководством Евгения Антипова и Сергея Путилина создали соединение HgBa2Ca2Cu3Ox, которое становится сверхпроводником при 135 К. А если это же вещество поместить под давление в 40 гигапаскалей, то его критическая температура повышается до 166 К.

Авторами нового исследования стали Александр Дроздов, Михаил Еремец, Иван Троян, Вадим Ксенофонтов и Сергей Шилин. Они работают в Институте химии Общества Макса Планка (Майнц) и Институте неорганической и аналитической химии Университета Иоганна Гуттенберга. Оба научных учреждения находятся в Майнце. Ученые обнаружили, что при температуре 203 кельвина (−70,15 °C) и давлении в 150 гигапаскалей (около 1,5 млн. атмосфер) в сверхпроводящее состояние переходит сероводород, знакомый нам при обычных условиях в виде газа с неприятным запахом. Таким образом, удалось добиться сверхпроводимости при рекордно высокой температуре, которая порой встречается в Антарктиде (рекорд холода, зафиксированный на станции «Восток», равен −89,2 °C), но давление, при котором возникает сверхпроводимость все-таки сверхвысокое. Рекорд максимальной критической температуры при обычном давлении по-прежнему принадлежит соединению, открытому Антиповым и Путилиным.

В статье, которая сопровождает публикацию Александра Дроздова и его коллег, физик Игорь Мазин называет обнаружение сверхпроводимости у сероводорода открытием святого Грааля. Фань Чжан из Техасского университета в Далласе называет это открытие историческим. Действительно, авторам удалось найти высокотемпературный сверхпроводник не там, где их искали последние десятилетия: среди керамик на основе оксидов металлов. Возможно, это достижение откроет новый класс сверхпроводников и позволит взять новые высоты критической температуры.

Уже сейчас на сайте препринтов arXiv.org есть работы, где предсказывается возможная сверхпроводимость у соединений с водородом других элементов: платины, калия, селены и теллура. Еще в одной работе Фань Чжан и Юйгуй Яо из Пекинского технологического института предсказывают, что замена 7,5 % атомов серы в сульфиде водорода на атомы фосфора, а также повышение давления е до 2,5 миллионов атмосфер (250 ГПа) смогут поднять критическую температуру до 280 К (6,85 °C), то есть выше точки замерзания воды.

Обсудите в соцсетях

Система Orphus
Подпишитесь
чтобы вовремя узнавать о новых спектаклях и других мероприятиях ProScience театра!
3D Apple Facebook Google GPS IBM iPhone PRO SCIENCE видео ProScience Театр Wi-Fi альтернативная энергетика «Ангара» античность археология архитектура астероиды астрофизика Байконур бактерии библиотека онлайн библиотеки биология биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера бозон Хиггса визуальная антропология вирусы Вольное историческое общество Вселенная вулканология Выбор редакции гаджеты генетика география геология глобальное потепление грибы грипп демография дети динозавры ДНК Древний Египет естественные и точные науки животные жизнь вне Земли Западная Африка защита диссертаций землетрясение зоопарк Иерусалим изобретения иммунология инновации интернет инфекции информационные технологии искусственный интеллект ислам историческая политика история история искусства история России история цивилизаций История человека. История институтов исчезающие языки карикатура католицизм квантовая физика квантовые технологии КГИ киты климатология комета кометы компаративистика компьютерная безопасность компьютерные технологии коронавирус космос криминалистика культура культурная антропология лазер Латинская Америка лженаука лингвистика Луна мамонты Марс математика материаловедение МГУ медицина междисциплинарные исследования местное самоуправление метеориты микробиология Минобрнауки мифология млекопитающие мобильные приложения мозг Монголия музеи НАСА насекомые неандертальцы нейробиология неолит Нобелевская премия НПО им.Лавочкина обезьяны обучение общество О.Г.И. открытия палеолит палеонтология память педагогика планетология погода подготовка космонавтов популяризация науки право преподавание истории происхождение человека Протон-М психология психофизиология птицы ракета растения РБК РВК регионоведение религиоведение рептилии РКК «Энергия» робототехника Роскосмос Роспатент русский язык рыбы Сингапур смертность Солнце сон социология спутники старообрядцы стартапы статистика технологии тигры торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология Фестиваль публичных лекций физика физиология физическая антропология фольклор химия христианство Центр им.Хруничева школа эволюция эволюция человека экология эпидемии этнические конфликты этология ядерная физика язык

Редакция

Электронная почта: politru.edit1@gmail.com
Адрес: 129343, Москва, проезд Серебрякова, д.2, корп.1, 9 этаж.
Телефоны: +7 495 980 1893, +7 495 980 1894.
Стоимость услуг Полит.ру
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003г. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2014.