Oda sıcaklığında süper iletken - Room-temperature superconductor
Bir oda sıcaklığı süper-iletken sergileyebilen bir malzemedir süperiletkenliği de işletme sıcaklıkları (, 32 ° F 273 K) 'dir, ulaştı ve kolay bir şekilde, günlük ortamında muhafaza edilebilir sıcaklıkları, 0 ° C'ın üstündedir. 2020 itibariyle, kabul edilen en yüksek süperiletken sıcaklığa sahip malzeme , 267 GPa'da +15°C kritik geçiş sıcaklığına sahip aşırı basınçlı bir karbonlu kükürt hidrittir.
En atmosfer basıncında sıcaklık kayıt hala tarafından tutulmaktadır cuprates 138 K kadar yüksek sıcaklıklarda süperiletkenliği göstermiştir (-135 ° C).
Araştırmacılar bir zamanlar oda sıcaklığında süperiletkenliğin gerçekten elde edilebilir olup olmadığından şüphe etseler de, daha önce beklenmedik veya imkansız olarak kabul edilen sıcaklıklarda süperiletkenlik defalarca keşfedildi.
"Oda sıcaklığına yakın" geçici etkiler iddiaları 1950'lerin başlarına dayanmaktadır. Oda sıcaklığında bir süper iletken bulmak, "büyük bir teknolojik öneme sahip olacak ve örneğin, dünyanın enerji sorunlarının çözülmesine yardımcı olacak, daha hızlı bilgisayarlar sağlayacak, yeni bellek depolama aygıtlarına izin verecek ve diğer birçok olasılık arasında ultra hassas sensörleri etkinleştirecek."
Oda sıcaklığında ve atmosfer basıncında süper iletken olan bir malzeme yapmak mümkün müdür?
Raporlar
Yüksek sıcaklıklı süperiletkenlerin keşfinden bu yana, bu raporların çoğu doğrulanmamış olsa da , birçok malzemenin oda sıcaklığında süper iletken olduğu bildirilmiştir.
2000 yılında, elektronları çakılırken elmas sırasında iyon implantasyon çalışma Johan Prins o içinde oda sıcaklığı üstüniletkenlik olarak açıklanabilir bir fenomen görülmektedir iddia faz oksijen katkılı tipi yüzeyi üzerinde oluşturulmuş Ha elmas bir de 10 -6 mbar vakum .
2003 yılında bir grup araştırmacı paladyum hidritte yüksek sıcaklık süperiletkenliği (PdH x : x>1) ve 2004'te bir açıklama yayınladı. 2007'de aynı grup 260 K'lık bir süper iletken geçiş sıcaklığı öneren sonuçlar yayınladı. paladyum kafes içindeki hidrojen yoğunluğu arttıkça sıcaklık artar. Bu çalışma diğer gruplar tarafından doğrulanmamıştır.
2012'de Advanced Materials makalesinde, 300 K ve üzeri sıcaklıklarda saf su ile muamele edildikten sonra grafit tozunun süper iletken davranışı iddia edildi. Şimdiye kadar, yazarlar net bir Meissner fazının meydana geldiğini ve malzemenin direncinin kaybolduğunu gösteremediler.
2014 yılında Nature'da yayınlanan bir makale , bazı malzemelerin, özellikle de YBCO'nun ( itriyum baryum bakır oksit ) kızılötesi lazer darbeleri kullanılarak oda sıcaklığında süper iletken hale getirilebileceğini öne sürdü .
2015 yılında, yayınlanan bir makalede, Nature Max Planck araştırmacılar tarafından, örneğin yüksek basınç, H olarak, belirli koşullar altında önerilmektedir 2 bir süper iletken biçimde H geçişi S 3 bir de 150GPa (yaklaşık 1,5 milyon kat atmosferik basınç) S elmas örs hücre . Kritik sıcaklık 203 K (−70 °C) olup, bu şimdiye kadar kaydedilen en yüksek T c olacaktır ve araştırmaları, diğer hidrojen bileşiklerinin orijinal araştırma ile eşleşecek olan 260 K'ye (-13 °C) kadar süper iletken olabileceğini göstermektedir. Ashcroft'un fotoğrafı.
2018 yılında, Bangalore'deki Hindistan Bilim Enstitüsü Katı Hal ve Yapısal Kimya Birimi'nden Dev Kumar Thapa ve Anshu Pandey, gümüş parçacıklardan oluşan nano yapılı bir malzemenin filmlerinde ve peletlerinde ortam basıncında ve oda sıcaklığında süper iletkenliğin gözlemlendiğini iddia etti. bir altın matris içine gömülü. Bağımsız olduğu varsayılan parsellerin benzer gürültü kalıpları ve yayının akran incelemesi eksikliği nedeniyle , sonuçlar sorgulandı. Araştırmacılar bulgularını 2019'da daha sonraki bir makalede doğrulasalar da, bu iddia henüz doğrulanmadı ve onaylanmadı.
Yine 2018'de araştırmacılar , yüksek (200 GPa ) basınçta lantanum dekahidritte 260 K'da (-13 °C) olası bir süper iletken faz kaydettiler .
2019 en yüksek kabul edilen süper-iletken sıcaklığında malzeme yüksek basınçlı edildi lantan decahydride (LAH 10 olan), geçiş sıcaklığı yaklaşık 250 K (-23 ° C).
Ekim 2020'de, yeşil lazerle kristalleşmeye tetiklenen çok yüksek basınçta (267 GPa) karbonlu bir kükürt hidritte 288 K'de (15 °C'de) oda sıcaklığında süper iletkenlik rapor edildi .
Mart 2021'de bir duyuru, katmanlı bir itriyum-paladyum-hidron malzemesinde 262 K'da ve 187 GPa basınçta oda sıcaklığında süper iletkenlik bildirdi. Paladyum, malzemede bir hidrojen göçü katalizörü görevi görebilir.
teoriler
İngiliz fizikçi Neil Ashcroft'un teorik çalışması , aşırı yüksek basınçta (~500 GPa ) katı metalik hidrojenin , aşırı yüksek ses hızı ve iletim elektronları ile kafes titreşimleri arasında beklenen güçlü bağlantı nedeniyle yaklaşık oda sıcaklığında süper iletken hale gelmesi gerektiğini öngördü. fononlar ). Metalik hidrojen elde etmek için gereken basınç bilinmediğinden ancak 500 GPa civarında olabileceğinden, bu tahmin henüz deneysel olarak doğrulanmamıştır .
Harvard Üniversitesi'ndeki bir ekip, metalik hidrojen ürettiğini iddia etti ve 495 GPa'lık bir basınç bildirdi. Kesin kritik sıcaklık henüz belirlenmemiş olsa da, olası bir Meissner etkisinin zayıf işaretleri ve 250K'da manyetik duyarlılıktaki değişiklikler, şu anda kayıp olan orijinal numune üzerindeki erken manyetometre testlerinde ortaya çıkmış olabilir ve donut ile çalışan Fransız ekibi tarafından analiz edilmektedir. elmas külah uçlarında düzlemsel değil şekiller.
1964'te William A. Little, organik polimerlerde yüksek sıcaklıkta süperiletkenlik olasılığını önerdi . Bu öneri, BCS teorisindeki fonon aracılı eşleşmenin aksine , eksiton aracılı elektron eşleşmesine dayanmaktadır .
2004 yılında Ashcroft fikrine geri döndü ve hidrojen açısından zengin bileşiklerin hidrojenden daha düşük basınçlarda metalik ve süper iletken hale gelebileceğini öne sürdü. Daha spesifik olarak, IVa hidritleri inceleyerek hidrojeni kimyasal olarak önceden sıkıştırmak için yeni bir yol önerdi.
2016, araştırmalar arasında bir bağlantı ortaya paladyum hidrit kükürt küçük safsızlıkları ihtiva eden nano partiküller 2015 sonuçları ışığında önerildi cuprates tarafından anormal Bazı deneylerde sırasında görülen damla geçici direnç ve hidrojen emilmesi için mantıklı bir açıklama olarak , H 2 S olarak 1990'larda Chu ve diğerleri tarafından fark edilen geçici direnç düşüşleri veya "USO" için makul bir açıklama . YBCO'nun keşfinden sonra araştırma sırasında . Bipolaron açıklaması doğruysa, kafes içinde tek bir düzlemde kritik bir alternatif spin kuplaj seviyesi aşılırsa, normal olarak yarı iletken bir malzemenin bazı koşullar altında bir süper iletkene geçebilmesi de mümkündür ; bu, 1986'daki çok erken deneylerde belgelenmiş olabilir. Buradaki en iyi benzetme , anizotropik manyetodirenç olacaktır , ancak bu durumda sonuç, " re " benzeri test edilen bileşikler için çok dar bir sıcaklık aralığında bir düşüşten ziyade sıfıra bir düşüştür. -giriş süperiletkenliği ".
2018'de YPtBi'de anormal 3/2 spin durumlarına sahip elektronlar için destek bulundu . YPtBi nispeten düşük sıcaklıkta bir süperiletken olsa da, bu süperiletkenler yaratmak için başka bir yaklaşım önerir.
Aynı zamanda, kupratlar ve demir pniktidler de dahil olmak üzere birçok süperiletkenin, hakimiyet ( Yük yoğunluğu dalgası ) ve eksitonik durumlar için savaşan iki veya daha fazla rakip mekanizmaya sahip olduğu keşfedildi , bu nedenle, organik ışık yayan diyotlarda ve diğer kuantum sistemlerinde olduğu gibi, doğru dönüş katalizörünü ekleyerek tek başına artabilir T c . Olası bir aday , bitişik moleküllerin bazılarına veya ince bir yüzey tabakası olarak yerleştirilmiş iridyum veya altın olabilir , böylece doğru mekanizma, bir faz geçişine benzer şekilde tüm kafes boyunca yayılır. Henüz, bu spekülatif; bazı çabalar özellikle ekleyerek yapılmış kurşun için BSCCO iyi yardımına yüksek teşvik bilinmektedir, T c tek başına kimya ile evrelerini. Bununla birlikte, kurşun-asit pillerde bulunanlara benzer göreli etkiler , cıva veya talyum bazlı kupratlarda benzer bir mekanizmanın kalay gibi ilgili bir metal kullanılarak mümkün olabileceğini düşündürmekten sorumlu olabilir .
Bu tür herhangi bir katalizörün kimyasal olarak reaktif olmaması, ancak bir mekanizmayı etkileyen ancak diğerlerini etkilemeyen özelliklere sahip olması ve ayrıca sonraki tavlama ve oksijenasyon aşamalarına müdahale etmemesi veya kafes rezonanslarını aşırı derecede değiştirmemesi gerekir. Tartışılan sorunlar için olası bir çözüm, kafes oluşana kadar adımlardan biri sırasında molekülleri yerinde tutmak için güçlü elektrostatik alanlar kullanmak olabilir.
Bazı araştırmalar çabalar henüz doğru hareket üçlü superhydrides Li olduğu tahmin edilmiştir, 2 mgh 16 bir olurdu T c 250 GPa olarak 473 K (200 ° C) (normal olarak oda sıcaklığı olarak kabul edilen çok daha sıcak) arasında.
Ayrıca bakınız
- Kalıcı akım – Harici bir güç kaynağı gerektirmeyen sürekli elektrik akımı