Сероводород (H2S), знакомый нам по запаху тухлых яиц, при чрезвычайно высоком давлении в 1,5 млн атмосфер (150 ГПа) превращается в сверхпроводник, остающийся таковым при рекордно высокой температуре в 203 кельвина (–70 °С).
Соответствующая статья группы российских ученых под руководством Михаила Еремеца и Александра Дроздова, работающих в германском Институте химии Общества Макса Планка в Майнце, опубликована 17 августа 2014 года в журнале Nature [1]. Ранее, в конце 2014 года, той же группе удалось достичь температуры 190 К [2]. При этом наблюдались классические признаки сверхпроводимости — нулевое электрическое сопротивление и эффект Мейснера (выталкивание магнитного поля из сверхпроводящего образца). Подтверждения от других научных групп пока еще ожидаются.
В сопроводительной статье Игорь Мазин из Военно-морской научно-исследовательской лаборатории США в Вашингтоне описывает это открытие в качестве возможного «святого Грааля высокотемпературной сверхпроводимости», ведь в природе, в той же Антарктиде, регистрируются и более низкие температуры (ниже –89 °С).
Тут важно еще и то, что удалось освоить принципиально новый класс сверхпроводников. По всей видимости, другие соединения водорода также могут стать хорошими кандидатами для высокотемпературной сверхпроводимости (соединения водорода с платиной, калием, селеном или теллуром). Так, существуют прогнозы, что замена 7,5% атомов серы в сероводороде на фосфор и повышение давления до 2,5 млн атмосфер (250 ГПа) может поднять рекорд сверхпроводников вплоть до 280 K, что уже заметно выше точки замерзания воды. Можно было бы использовать и чистый водород, но в этом случае нужны труднодоступные 3–4 млн атмосфер.
До последнего времени рекорды устанавливались с помощью более экзотичных материалов, таких как медьсодержащие соединения, именуемые «купратами» [3]. Таким образом удавалось достичь 133 К (–140 °C) при атмосферном давлении и 164 К (–109 °C) при высоких давлениях.
Новая работа вызвала немалый ажиотаж в рядах исследователей высокотемпературной сверхпроводимости. Ведь сверхпроводник, работающий при комнатной температуре, позволит резко уменьшить потери при передаче электроэнергии на дальние расстояния, а также даст мощнейший толчок к использованию сверхпроводимости в других повседневных технологиях, например в магнитах, используемых в медицинских приборах для разного рода визуализации.
Максим Борисов
1. Drozdov A. P., Eremets M. I., Troyan I. A., Ksenofontov V. & Shylin S. I. Conventional superconductivity at 203 kelvin at high pressures in the sulfur hydride system // Nature., 17 August 2015 — http://dx.doi.org/10.1038/nature14964
2. Drozdov A. P., Eremets M. I., Troyan I. A. Conventional superconductivity at 190 K at high pressures — http://arxiv.org/abs/1412.0460
3. https://en.wikipedia.org/wiki/High-temperature_superconductivity
4. Superconductivity record sparks wave of follow-up physics — www.nature.com/news/superconductivity-record-sparks-wave-of-follow-up-physics-1.18191
5. www.mpg.de/9362409/supraleitung-schwefelwasserstoff-hochdruck
Это удивительно, но не слишком. То что многие простые вещества под высокими давлениями переходят в металлическое состояние, давно известно — электроны «выжимаются» из атомов и обретают свободу перемещения. Металлический водород — давняя тема. Что касается сложных веществ, то под такими давлениями электроотрицательности атомов приблизительно выравнивается, и состав образующихся соединений определяется атомными радиусами, возможностями образования плотных упаковок. Т.е., структура всех веществ становится, в принципе, одинакова — не в смысле геометрического типа решетки, а в смысле природы хим. связи. Если авторы уверенно предполагают определенные точки перехода в сверхпроводимость при замене серы на фосфор и пр., значит, делать такие прогнозы позволяют сравнительно простые квантовые расчеты.
При сверхвысоких давлениях начинают проявляться и квантовые эффекты. На поверхности белых карликов, например, электроны находятся в состоянии вырожденного газа, не удивлюсь, что и в сверхпроводящем. Но в условиях, сколько-нибудь близких к обычным, это совершено невозможно.
При еще большем сжатии электроны локализуются между атомами и теряют подвижность, образуется квазиионная структура. Впервые это было продемонстрировано для щелочных металлов. На эту тему есть интересная лекция Артема Оганова:
http://postnauka.ru/lectures/50488
Пока это чисто академический интерес. По слухам, высокотемпературные сверхпроводники — очень нетехнологичные материалы (хрупкие, сегодня работают, завтра нет и тд). А все то, что ниже температуры жидкого азота, практического интереса не представляет — все равно охлаждать до гелия а потом нагревать.
Давно уже производятся ленты с покрытием ВТСП, причем у нас:
http://www.superox.ru/solutions/161-silovye-vtspkabeli-/
Есть фирма American Superconductor.
У них ток достигает до 14600 A/cm2 при 77K.
Есть сайт,
http://www.superconductors.org
где утверждается, что открыли сверхпроводники при температуре выше 0С и дается их список.
http://www.superconductors.org/listof30.doc
Как к нему относится?
Специалисты говорят, что это фейк.
Известно два великих первооткрывателя комнатной сверхпроводимости( читайте инновационный меморандум национального мегапроекта о сверпроводниках России) и на стр.20 найдете информацию об их «открытиях», которые сделаны с применением обычных латунных электродов…Вот ВАМ информация к размышлению…..