Een supergeleider werkt bij kamertemperatuur bij lage druk – Ars Technica

Op woensdag heeft het tijdschrift Nature een artikel uitgebracht waarin een mengsel van elementen wordt beschreven die bij kamertemperatuur supergeleidend kunnen zijn. Het werk volgt een algemene trend om nieuwe manieren te vinden om waterstof met extreme druk in een mengsel van andere atomen te proppen. Deze richting heeft in eerder onderzoek een verscheidenheid aan hoge-temperatuursupergeleiders opgeleverd, hoewel hun karakterisering moeilijk was vanwege de spanningen die ermee gepaard gaan. Deze nieuwe chemische stof is echter supergeleidend bij veel lagere drukken dan eerdere versies, waardoor het voor anderen gemakkelijker wordt om het werk te repliceren.

Het laboratorium dat de chemische stof produceerde, had echter een van zijn eerdere artikelen over supergeleiding bij hoge temperatuur ingetrokken vanwege een gebrek aan details over een van zijn belangrijkste metingen. Het is dus een gok dat veel andere onderzoekers hem zullen proberen te imiteren.

omgeving met lage druk

De hier betrokken vorm van supergeleiding vereist dat de elektronen met elkaar samenwerken en zogenaamde Cooper-paren vormen. Een van de dingen die de vorming van een Cooper-paar bevordert, is de hoogfrequente trilling (een fonon genoemd) tussen de atoomkernen waaraan deze elektronen zijn gebonden. Het is gemakkelijker te rangschikken met lichte kernen, waarbij waterstof de lichtste is. Dus het vinden van manieren om meer waterstof in een chemische stof te verpakken, wordt beschouwd als een haalbare weg naar het produceren van supergeleiders op hoge temperatuur.

De zekerste manier om dit te doen, is echter door hard te drukken. Deze druk kan ervoor zorgen dat waterstof de kristallijne structuur van mineralen binnendringt of onstabiele waterstofrijke chemicaliën vormt bij lage druk. Deze twee benaderingen hebben geresulteerd in chemicaliën met zeer kritische temperaturen, het hoogste punt waarop supergeleiding wordt ondersteund. Hoewel deze de kamertemperatuur zouden hebben benaderd, waren de vereiste drukken echter meerdere gigapascals – met elke gigapascal ongeveer 10.000 keer de atmosferische druk op zeeniveau.

Kortom, dit houdt in dat je logge temperaturen inruilt voor logge druk.

De hoop was echter dat we deze chemicaliën konden gebruiken om de algemene principes te identificeren die dit soort waterstofrijke supergeleiding produceren, en ze vervolgens konden gebruiken om andere chemicaliën te identificeren die vergelijkbaar gedrag vertonen onder gemakkelijker te onderhouden omstandigheden.

Dat gebeurt in de nieuwe krant. Het onderzoeksteam concentreerde zich op lutetium op basis van het feit dat het bezetten van zijn elektronenorbitalen een paar elektronen zou moeten opleveren die zouden kunnen deelnemen aan de vorming van Cooper-paren, waardoor supergeleiding gemakkelijker wordt. Ze voegden sporen van stikstof toe in de hoop dat de doping de chemische stof in staat zou stellen een configuratie aan te nemen die hem zou helpen stabiliseren, waardoor de vereiste druk zou worden verlaagd.

uit het niets, plotseling, uit het niets

Het was duidelijk dat er iets aan de hand was met het lutetium/stikstof/waterstofmengsel voordat er metingen werden gedaan. Bij omgevingsomstandigheden veranderde de toevoeging van de twee gassen lutetiumblauw, waarschijnlijk als gevolg van waterstof dat in het metaal lekte. Maar naarmate de druk toenam tot duizenden atmosfeer, kreeg het mengsel een dramatische roze kleur, wat gerelateerd bleek te zijn aan het metaalachtig worden van het mengsel. Door de druk te blijven verhogen tot meer dan 30.000 keer de atmosferische druk, verloor het zijn metaalachtige eigenschappen en kreeg het een donkerrode kleur.

Supergeleiding was mogelijk in het volledige bereik van atmosferische druk van 3.000 tot 30.000 keer. Dus werkten de onderzoekers door dit drukbereik om de druk te vinden die de hoogste kritische temperatuur ondersteunt. De piek bleek bijna 10.000 keer de druk te zijn.

Deze temperatuur was 294 K, wat ongeveer 21 graden Celsius is, of 70 graden Fahrenheit, wat voor de meesten van ons kamertemperatuur is.

Supergeleiding verandert ook de magnetische eigenschappen van een materiaal, en een groot deel van het papier wordt ingenomen door een bespreking van het meten van de magnetische eigenschappen van een monster. Dit is niet eenvoudig, gezien hoe klein het monster is en dat het ingeklemd zit tussen alle hardware die nodig is om het monster onder intense druk te pletten.

Er is ook veel werk verzet om te proberen te ontdekken wat materie is. Er is vrijwel zeker wat waterstof en stikstof in het mineraal verwerkt, maar het is onduidelijk hoeveel, aangezien een teveel van de twee gassen eenvoudig uit het monster kan worden verdreven. Onderzoekers hebben geprobeerd er kristallografie op te maken, maar de resultaten zijn enigszins dubbelzinnig. Het signaal van waterstof (atoomgewicht van één) wordt overweldigd door het signaal van lutetium (atoomgewicht 175), en waterstof kan zich in het materiaal verplaatsen.

Dus, terwijl ze bepalen waar de waterstof is misschien In het artikel wordt niet duidelijk hoeveel sites daadwerkelijk bezet waren. Dit maakt het moeilijk om grotere principes uit het gedrag van deze stof te halen.

Kunnen we dit geloven?

Boven dit alles hangt een uittrekblad met een beschrijving van enkele van de eerdere metingen van hetzelfde lab. Deze intrekking is gemaakt door de redactie van Nature vanwege de bezwaren van de onderzoekers. Het werd ongedaan gemaakt door problemen met de gegevens die betrokken waren bij de magnetische metingen, maar ongetwijfeld versneld door het feit dat niemand het magnetische gedrag kon bevestigen omdat ze de chemische stof die in het vorige artikel werd beschreven niet konden maken.

Gezien dit zou de interne reactie hier wantrouwen zijn ten opzichte van het huidige werk. Maar het is ook redelijk om te verwachten dat alle peer reviewers van de nieuwe paper hetzelfde interne antwoord kregen, dus het is waarschijnlijk dat de nieuwe paper veel aandacht kreeg.

Maar het belangrijkste is dat als dit werk kan worden gereproduceerd, het waarschijnlijk is dat veel mensen het relatief snel zullen doen. Dit komt omdat het minder uitgebreide hardware nodig heeft om het te maken. Zolang het laboratorium een ​​fatsoenlijk airconditioningsysteem heeft, zou het triviaal moeten zijn om een ​​monster bij de hier vermelde temperaturen te bewaren. De vereiste drukken kunnen worden bereikt met veel minder geavanceerde apparatuur dan je nodig zou hebben om de gigapascals te vermenigvuldigen die nodig zijn voor eerdere materialen van dit type.

Als gevolg hiervan zou dit materiaal binnen het bereik van veel meer laboratoria moeten zijn dan voorheen aan waterstofrijke supergeleiders kon werken. Dus als deze resultaten echt zijn, zouden we zeer binnenkort resultaatrapporten moeten zien.

Natuur, 2023. DOI: 10.1038 / s41586-023-05742-0 (over DOI’s).