Евро-Азиатский институт образовательных технологий Eurasian Institute of educational technologies
Sunday, 2020-01-19, 1:37 AM
Site menu
Section categories
Археология- Аrcheology
Ботаника- Вotany
География- Geography
Зоология- Zoology
История- Нistory
История науки- Нistory of science
Медицина- Мedicine
Образование- Education
Общая биология- General biology
Общество- Society
Палеонтология- Рaleontology
Право- Jurisprudence
Психология- Рsychology
Технологии- Technology
Физика- Physics
Химия- Сhemistry
Экология- Еcology
Экономика- Еconomy
Our poll
Выберите научные направления, которые интересны Вам / Select the science areas that you interest in
Total of answers: 2558
Statistics

Total online: 1
Guests: 1
Users: 0

1:27 PM
Побит рекорд температуры для сверхпроводимости / The temperature record for superconductivity is broken

Структура гидрида лантана LaH10
© Kruglov et al.

Международная группа физиков, среди которых были и российские исследователи, доказала, что уже при рекордно большой температуре в –23 °C в гидриде лантана наблюдается сверхпроводимость. Хотя этот конкретный материал использовать в качестве сверхпроводника и нерационально, он указывает на путь, который может привести к обнаружению действительно эффективных и практичных сверхпроводящих материалов.

Сверхпроводимость, то есть отсутствие у проводника сопротивления при температуре ниже определенной точки, была открыта в начале прошлого века. Долгое время считалось, что ученые довольно хорошо поняли это явление. Была создана теория Бардина — Купера — Шриффера (кратко ее называют теорией БКШ), согласно которой электроны в состоянии сверхпроводимости двигаются парами, с противоположными спинами (то есть, упрощенно, с противоположными направлениями вращения вокруг своей оси). Такие пары не испытывают сопротивления при движении через кристаллическую решетку материала.

Однако у этой теории есть проблема: она предсказывает, что такие пары электронов (ученые назвали их куперовскими) могут существовать только при весьма низких температурах, не выше –243 °C. Иначе поведение электронов в парах перестает быть скореллированным, и они распадаются.

Самые ценные для практики сверхпроводники — те, в которых температура перехода в сверхпроводящее состояние как можно выше. Начиная с 1980-х такие материалы открывают систематически, но объяснить их свойства теоретически ученые не смогли. Поэтому трудно выбрать и наиболее перспективные направления поиска таких материалов. Поэтому ученые не вполне понимают, какие именно свойства нужны высокотемпературным сверхпроводникам, и иногда ищут их почти вслепую.

Новая работа затрагивает прошлогодний эксперимент с гидридом лантана (LaH10). Согласно одной из не вполне подтвержденных гипотез, ранее этот материал считался возможным высокотемпературным проводником. Это весьма экзотическое соединение с клатратной структурой. Это означает, что атомы водорода образуют в гидриде лантана «решетку», в которой они связаны друг с другом ковалентными связями. При этом в центре решетки из десяти атомов водорода лежит один атом лантана, который удерживает уже ионная, а не ковалентная связь.

К сожалению, такие клатраты получить очень сложно — для этого нужна температура выше 700 °C, атмосфера из чистого водорода и давление в пару миллионов атмосфер. То есть получить их можно только в алмазной наковальне, отчего размер полученного образца будет микроскопическим. К тому же проверить его проводимость в таких условиях очень сложно — сверхвысокое давление разрушит любые электроды. Даже синтез соединения очень сложен, и оно впервые было получено только в 2017 году.

В своей новой работе, опубликованной в Nature, исследователи решили косвенно подтвердить, достигается ли сверхпроводимость в образцах гидрида лантана. Для этого они воздействовали магнитным полем на образец гидрида лантана размером в 20 микрометров. При этом ученые следили, как по мере изменения температуры образца меняются параметры поля.

Оказалось, что они действительно меняются, а при температуре от –23 °C и ниже магнитное поле будет полностью вытесняться из материала — так, как и должно быть в случае сверхпроводника. Это показывает, что гидрид лантана действительно сверхпроводник, причем рекордно высокотемпературный. На данный момент нет ни одной научной работы, опубликованной в рецензируемом журнале, которая показывала бы более высокую температуру перехода любого материала в сверхпроводящее состояние.

Конечно, практическое использование такого сверхпроводника вне стен лабораторий сомнительно. Давление в 1,7 миллиона атмосфер, при котором гидрид лантана показывает сверхпроводимость, поддерживать слишком дорого. Однако изучение этого экзотического соединения даст возможность лучше понять, как именно возникает высокотемпературная сверхпроводимость, а значит, и решить вопрос о том, в каком материале она будет поддерживаться при нормальном давлении и максимально возможной температуре.

Статья опубликована в журнале Nature
Источник: chrdk.ru

An international group of physicists, including Russian researchers, proved that superconductivity is observed in the lanthanum hydride at a record high temperature of -23 °C. Although it is not rational to use this particular material as a superconductor, it points to a path that can lead to the discovery of truly effective and practical superconducting materials.

Superconductivity, that is, the absence of resistance in a conductor at a temperature below a certain point, was discovered at the beginning of the last century. For a long time it was believed that scientists are quite well understood this phenomenon. Was created the theory of Bardeen — Cooper — shriffer (briefly called BCS theory), according to which the electrons are in a state of superconductivity are moving in pairs, with opposite spins (i.e., simplistic, with opposite directions of rotation around its axis). Such pairs do not experience resistance when moving through the crystal lattice of the material.

However, this theory has a problem: it predicts that such pairs of electrons (scientists called them Cooper pairs) can exist only at very low temperatures, not higher than -243 °C. Otherwise, the behavior of electrons in pairs ceases to be correlated, and they disintegrate.

The most valuable for practice superconductors are those in which the transition temperature to the superconducting state is as high as possible. Since the 1980s, such materials have been discovered systematically, but scientists have not been able to explain their properties theoretically. Therefore, it is difficult to choose the most promising areas of search for such materials. Therefore, scientists do not fully understand what properties are needed for high-temperature superconductors, and sometimes look for them almost blindly.

The new work concerns last year's experiment with lanthanum hydride (LaH10). According to one of the not fully confirmed hypotheses, this material was previously considered a possible high-temperature conductor. This is a very exotic compound with clathrate structure. This means that hydrogen atoms form a "lattice" in the lanthanum hydride, in which they are connected to each other by covalent bonds. At the same time in the center of the lattice of ten hydrogen atoms is one atom of lanthanum, which holds the ionic rather than covalent bond.

Unfortunately, such clathrates are very difficult to obtain — this requires a temperature above 700 °C, an atmosphere of pure hydrogen and a pressure of a couple of million atmospheres. That is, they can be obtained only in the diamond anvil, why the size of the resulting sample will be microscopic. In addition, it is very difficult to check its conductivity in such conditions — ultra-high pressure will destroy any electrodes. Even the synthesis of the compound is very complex, and it was first obtained only in 2017.

In their new work published in Nature, the researchers decided to indirectly confirm whether superconductivity is achieved in lanthanum hydride samples. To do this, they acted as a magnetic field on a sample of lanthanum hydride 20 micrometers in size. In this case, the scientists watched as the temperature of the sample changes the parameters of the field.

It turned out that they do change, and at a temperature of -23 °C and below the magnetic field will be completely displaced from the material — as it should be in the case of a superconductor. This shows that lanthanum hydride is indeed a superconductor, and a record high temperature. At the moment, there is no scientific work published in a peer-reviewed journal that would show a higher transition temperature of any material into a superconducting state.

Of course, the practical use of such a superconductor outside the walls of laboratories is doubtful. The pressure of 1.7 million atmospheres, at which lanthanum hydride shows superconductivity, is too expensive to maintain. However, the study of this exotic compound will make it possible to better understand how high-temperature superconductivity arises, and therefore to decide in which material it will be maintained at normal pressure and the maximum possible temperature.

The article has been published in the journal Nature

Category: Физика- Physics | Added by: zvonimirveres
Log In
Search
Calendar
«  May 2019  »
SuMoTuWeThFrSa
   1234
567891011
12131415161718
19202122232425
262728293031
Организации / Оrganizations
Полезные ссылки / Useful links