April 14, 2024

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Physiker behaupten, einen Supraleiter unter ozeanischen Bedingungen herzustellen: ScienceAlert

Physiker behaupten, einen Supraleiter unter ozeanischen Bedingungen herzustellen: ScienceAlert

Nur wenige wissenschaftliche Entdeckungen werden die Technologie so revolutionieren wie ein Material, das bei Raumtemperatur und unter relativ milden Drücken Supraleitung erreicht.

Ein Team von Physikern Geleitet von Ranga Dias, einem Physiker von der University of Rochester in New York Er behauptet jetzt, dass sie es möglicherweise gebrochen haben, was auf a hindeutet Ein Seltenerdmetall namens Lutetium kann zusammen mit Wasserstoff und Stickstoff Strom ohne Widerstand bei nur 21 Grad Celsius (70 Grad Fahrenheit) und etwa 10.000 Atmosphären leiten. Teamberichte.

Das mag aber immer noch nach außergewöhnlich hohem Druck klingen Die Forscher stellen fest Dass höhere Drücke derzeit in technischen Prozessen wie der heutigen Chipherstellung verwendet werden, ist also etwas, das außerhalb eines spezialisierten Labors erreicht werden kann.

Wenn andere Forscher dies bestätigen, wäre dies ein großer Durchbruch bei der Entwicklung von Geräten, die keine Energie für Wärme verschwenden, wenn sie Strom erzeugen.

Im Idealfall könnte dies eines Tages genutzt werden, um effizientere Computer zu schaffen; schnellere, reibungslose Magnetzüge; überlegene Röntgentechnologie; und noch leistungsstärkere Kernfusionsreaktoren.

„Mit diesen Materialien ist der Beginn der umgebenden Supraleitung und der angewandten Technologien gekommen“, sagte das Team In einer Pressemitteilung.

Die Forscher nannten das Material „rote Materie“, weil sich das Material dramatisch von blau zu rosa ändert, wenn es supraleitend wird, und später zu rot, wenn es ein nicht-supraleitendes Metall wird.

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Bevor Sie zu aufgeregt werden, denken Sie daran, dass dies vorerst nur ein Forscherteam ist, das seine eigenen Beobachtungen teilt. Die Daten wurden in der renommierten Zeitschrift veröffentlicht NaturEs wird sicherlich viele Diskussionen auslösen. In der Welt der Physik herrscht bereits eine gesunde Skepsis.

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Ein großes Problem ist, dass dieselbe Gruppe von Forschern im Jahr 2020 Behauptungen über einen ähnlichen Durchbruch bei Supraleitern bei Raumtemperatur veröffentlichte. Diese Behauptung war später vorher eintauchen Natur Wegen Problemen mit der Reproduktion und Fragen zu den Daten.

Supraleitung ist ein so großes Problem, weil normalerweise, wenn Strom durch Kabel fließt – beispielsweise von einem Kraftwerk zu Ihnen nach Hause oder durch die internen Schaltkreise Ihres Smartphones –, Reibung entsteht. Dieser Widerstand führt zu einem Energieverlust in Form von Wärme.

Zurück im Jahr 1911Die Forscher stellten fest, dass es einige Materialien gibt, die diese Widerstandsfähigkeit unter extremer Kälte und hohem Druck verloren haben.

Unter diesen extremen Bedingungen verstärkt sich das Quantenverhalten von Elektronen in Supraleitern, damit sie einen sogenannten Supraleiter bilden können Cooper-Paaresodass sie sich mit optimaler Effizienz durch das Material bewegen können.

Supraleitung lässt sich relativ leicht nachweisen, da sie auch Materialien abstößt Felder des magnetischen Flusses.

Aber Materialien bei effektiven, praktikablen Temperaturen und Drücken supraleitend zu machen, ist eine große Herausforderung, an der Physiker Jahrzehnte lang gearbeitet haben.

Das Team der University of Rochester behauptet, dass es diesem Ziel nun mit RedMatter nahegekommen ist.

Um das Material herzustellen, entwickelten die Forscher ein gasförmiges Gemisch aus 99 Prozent Wasserstoff und 1 Prozent Stickstoff. Einige Tage in einem Raum mit Lutetium gelassen 200 Grad CelsiusDie Komponenten reagierten, um eine atemberaubende blaue Verbindung zu bilden.

Das Team legte das Material dann in einen Diamantamboss, der verwendet wird, um das Material unter starken Druck zu setzen.

Mit zunehmendem Druck wurde das Material „Sichtbare Verschiebung“, das von blau zu rosa wechselte, als es supraleitend wurde – etwas, das das Team bestätigte, indem es sowohl die Magnetfelder um das Material herum als auch seine elektrische Leitfähigkeit maß.

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(Dasenbrock-Gammon et al.Natur, 2023)

Als sich der Druck weiter aufbaute, wurde das Material hellrot und ging durch seine supraleitende Phase in einen nicht-supraleitenden metallischen Zustand über.

Rote Materie zeigte Supraleitung bei etwa 21 Grad Celsius (70 Fahrenheit), wenn sie auf einen Druck komprimiert wurde 145.000 Pfund pro Quadratzoll.

Das ist noch eine Annäherung 10.000-facher Druck der Erdatmosphäre, also erfordert es immer noch die richtigen Arten von Strukturen und Ausrüstung, um es praktisch zu nutzen. Es ist unwahrscheinlich, dass Sie Ihrem Telefon in absehbarer Zeit Superkräfte verleihen werden.

Aber es ist ein viel niedrigerer Druck als bei anderen Kandidaten für Supraleiter bei Raumtemperatur, die das Millionenfache des atmosphärischen Drucks erfordern.

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Eines der großen Probleme ist jetzt, dass Forscher es nicht sind vollständig Achten Sie auf die genaue Zusammensetzung der roten Substanz. Dies macht es schwierig zu verstehen, wie sie supraleitend werden.

Es gibt Hinweise darauf, dass Supraleitung durch einen anderen Mechanismus erreicht werden könnte als bei anderen Supraleitern, so die Physiker ChangQing Jin und David Ceperley, die nicht an der Forschung beteiligt waren. Hinweis in der Beilage Natur Neuer Artikel und Ansichten.

„[The] Das Strukturmodell … deutet darauf hin, dass in den Proben der Autoren im Vergleich zu ähnlichen supraleitenden Verbindungen relativ wenig Wasserstoff vorhanden ist“, Sie schreiben.

Um dies zu bestätigen, wären weitere Untersuchungen erforderlich [the] Das Material ist ein Hochtemperatur-Supraleiter, daher muss noch geklärt werden, ob dieser Zustand durch Schwingungen verursacht wird, die von Cooper-Paaren verursacht werden – oder durch einen unkonventionellen Mechanismus. „

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Dias er stimmt zu Es bleibt noch viel zu verstehen, wie rote Materie Supraleitung erreicht. Aber er ist immer noch optimistisch, die rote Materie ist ein wichtiger erster Schritt, auch wenn es nicht der beste Supraleiter da draußen ist.

„Im Alltag haben wir viele verschiedene Metalle, die wir für unterschiedliche Anwendungen verwenden, daher werden wir auch unterschiedliche Arten von supraleitenden Materialien benötigen.“ Dias sagte.

„Der Weg zu supraleitender Unterhaltungselektronik, Stromübertragung und Übertragungsleitungen sowie zu erheblichen Verbesserungen beim magnetischen Einschluss durch Fusion ist jetzt Realität.“ er fügte hinzu.

„Wir glauben, dass wir uns jetzt im Zeitalter der modernen Supraleitung befinden.“

Forschung veröffentlicht in Natur.