14 ноября 2019, четверг, 22:20
VK.comFacebookTwitterTelegramInstagramYouTubeЯндекс.Дзен

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

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
«Ангара» Африка Византия Вселенная Гренландия ДНК Иерусалим КГИ Луна МГУ Марс Монголия НАСА РБК РВК РГГУ РадиоАстрон Роскосмос Роспатент Росприроднадзор Русал СМИ Сингапур Солнце Титан Юпитер акустика антибиотики античность археология архитектура астероиды астрофизика бактерии бедность библиотеки биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера викинги вирусы воспитание вулканология гаджеты генетика география геология геофизика геохимия гравитация грибы дельфины демография демократия дети динозавры животные здоровье землетрясение змеи зоопарк зрение изобретения иммунология импорт инновации интернет инфекции ислам исламизм исследования история карикатура картография католицизм кельты кибернетика киты климатология клонирование комета кометы компаративистика космос культура лазер лексика лженаука лингвистика льготы мамонты математика материаловедение медицина металлургия метеориты микробиология микроорганизмы мифология млекопитающие мозг моллюски музеи насекомые наука нацпроекты неандертальцы нейробиология неолит обезьяны общество онкология открытия палеолит палеонтология память папирусы паразиты перевод питание планетология погода политика право приматы природа психиатрия психоанализ психология психофизиология птицы ракета растения религиоведение рептилии робототехника рыбы сердце смертность собаки сон социология спутники старение старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры топливо торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология физика физиология фольклор химия христианство цифровизация школа экология электрохимия эпидемии эпидемиология этология язык Александр Беглов Древний Египет Западная Африка Латинская Америка НПО «Энергомаш» Нобелевская премия РКК «Энергия» Российская империя Сергиев Посад альтернативная энергетика аутизм биология бозон Хиггса глобальное потепление грипп информационные технологии искусственный интеллект история искусства история цивилизаций исчезающие языки квантовая физика квантовые технологии климатические изменения компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор криминалистика культурная антропология междисциплинарные исследования местное самоуправление мобильные приложения научный юмор облачные технологии обучение одаренные дети педагогика персональные данные подготовка космонавтов преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека русский язык сланцевая революция физическая антропология финансовый рынок черные дыры эволюция эмбриональное развитие этнические конфликты ядерная физика Вольное историческое общество жизнь вне Земли естественные и точные науки НПО им.Лавочкина Центр им.Хруничева История человека. История институтов дело Baring Vostok Протон-М 3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM MERS PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi

Редакция

Электронная почта: [email protected]
Телефон: +7 929 588 33 89
Яндекс.Метрика
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. 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, 1998–2019.