Sikerült előállítani egy szobahőmérsékleten működő szupravezetőt
2020 / 10 / 21 / Perei Dóra
Sikerült előállítani egy szobahőmérsékleten működő szupravezetőt
Az utóbbi évben több olyan tudományos közlemény született, amelyek új távlatokat nyitottak a kémia egyik legjelentősebb, évtizedes kutatási területén, az első szobahőmérsékleten is szupravezető anyag megalkotásában. A szupravezetés jelensége 1911 óta ismert: ekkor derült ki, hogy bizonyos anyagok megfelelő körülmények között ellenállás nélkül vezetik az elektromos áramot. Ez annyit tesz, hogy ha valakinek sikerül szupravezetővel összehuzalozni egy berendezést, akkor abban energiaveszteség nélkül folyhatna az áram. Az ilyen anyagoknak óriási gazdasági jelentőségük lenne, nem mellesleg alighanem teljesen átírnák az eddigi számításokat az elektromos árammal működő gépekkel kapcsolatban.

A helyzet azért nem ilyen egyszerű

Mivel az anyagok csak nagyon alacsony hőmérsékleten, általában mínusz kétszáz Celsius-fok alatt, hatalmas nyomáson produkálják a szupravezetés jelenségét. A kutatók célja ezért olyan anyag megalkotása, ami szobahőmérsékleten is szupravezető lehet. Ez történt nemrég a A New York-i Rochester Egyetemen, ahol fizikusok létrehoztak egy komponenst, amely ellenállás nélkül, tizenöt Celsius-fokon vezeti az elektromos áramot.

Az új szupravezető hidrogén, szén és kén keveréke, amelyet két gyémánt közé préseltek kristállyá, egész pontosan a kétszázhatvanhét gigapascal nyomást elérve. Ranga Dias és társai ugyanakkor hangsúlyozzák, hogy az általuk létrehozott vegyület valószínűleg sosem lesz a gyakorlatban felhasználható szupravezetőként, veszteségmentes vezetékek vagy más forradalmi technológiák számára, mivel az anyag csak akkor minősül szupravezetőnek tizenöt Celsius-fokon,

ha két gyémánt közé helyezve óriási, a Föld magjában lévőhöz képest hetvenöt százalékos nyomásnak teszik ki.

Magyarán a hétköznapi körülmények között használható szupravezetők felfedezése továbbra is várat magára, a mostani felfedezés ugyanakkor sokat segíthet annak feltárásában, hogy egy hasonló szupravezető milyen atomi összetétellel és szerkezettel társulhat. A Rochester munkatársai, Ranga Dias és csapata 2015 óta dolgoznak a szobahőmérsékletű szupravezetők azon ígéretes területén, amely a 2000-es évek elejétől gyors fejlődésnek indult a szuperszámítógépes szimulációk és gyémántüllők elterjedésével.

Diasék ugyancsak ilyeneket használtak, és mint kiderült, költségvetésük legnagyobb része a pár tucat milliós értékű gyémántüllő összeroppantására ment el. Egy német kutatócsoport 2015-ben a záptojás bűzét okozó hidrogén-szulfid fémes formájával ért el hetven fokos rekordot, másfél millió atmoszféra nyomáson. Egy másik csoport mínusz tizenhárom fokos rekordot döntött lantán-hidriddel, 1,8 millió atmoszférán. A fizikusok évtizedek óta sejtik, hogy hidrogénben gazdag anyagok lehetnek magas hőmérsékletű szupravezetők, ez a mostani, három anyagból felépülő rekorder azonban a vártnál jóval magasabb hőmérsékleten produkálta a jelenséget. A Buffalo Egyetem munkatársa, Eva Zurek szerint az eredményt azt is okozhatta, hogy

az anyagnak egy új formája alakult ki nagy nyomáson.

Fizikusok szerint a szobahőmérséklet szó használata ezen a területen mára némiképp átértékelődött, mivel az áttöréshez már az is elég lenne, ha az anyag fagypont fölött lenne. (Az ipari alkalmazásokban már ez is forradalmi eredménynek számítana, mivel a fagypont fölötti hőmérséklet tartós biztosítása nem tűnik nagy akadálynak.) Az mindenesetre szinte biztosan borítékolható, hogy az anyag megalkotója Nobel-díjat kap majd.

Eddig jutottak a kutatók az elmúlt majdnem száztíz évben

A Chemistry World részletes ábrája felvázolja előttünk, hol is tartunk jelenleg: a grafikon vízszintes tengelye jelöli az időt, a függőleges pedig azt a határhőmérsékletet (Kelvinben kifejezve), aminél az adott anyag szupravezetővé válik. Jól látszik, hogy az idő haladtával egyre közelebb a cél, a kétszázhetvenhárom Kelvin, vagyis a nulla Celsius-fok:

A korábbi csúcstartóról, a lantán-dekahidridről (LaH10) 2018 óta tudjuk, hogy már mínusz tizenhárom és fél Celsius-fokon, valamint az alatt is szupravezető. Teszi mindezt száznyolcvan gigapascal nyomáson, ami körülbelül 1,8 milliószor nagyobb az atmoszférikus nyomásnál. A lantán-dekahidrid megalkotása a chicagói University of Illinois kutatójának, Russel Hemleynek és munkatársainak munkáját dicséri. Egy másik kutató, a moszkvai Szkolkovo Intézetben dolgozó Artyem Oganov 2019 augusztusában jelentette be, hogy megtalálta az ittrium-hexahidrid (YH6) nevű molekulát is. Ez azért számottevő eredmény, mert az előzetes számítások alapján az YH6 határhőmérséklete már kétszázhetvenhárom Kelvin (azaz nulla Celsius-fok) fölött lesz, Oganov azonban csak kétszázhuszonnégy Kelvinig tudta feltornászni az értéket, százhatvanhat gigapascal nyomáson. Néhány héttel később a német Max Planck Intézet mainzi kémiai laboratóriumának alkalmazottja, Mihail Jeremec azt közölte, hogy neki megvan

az ittrium-nonahidrid (YH9), amely kétszáznegyvenhárom Kelvinen, kétszázharminchét gigapascal nyomáson szupravezető.

Oganov akkor úgy beszélt, hogy szerinte hamarosan az ittrium-dekahidridet (YH10) is előállítják, méghozzá vagy ő, vagy Jeremecék. A fentiek ellenére ez még nem jelenti azt, hogy az YH10 valamiféle csodaanyag lenne, az eredmény ugyanis előreláthatólag megint csak elképesztő nyomáson érhető el, ráadásul olyan kísérletekben, ahol olyannyira elenyésző mennyiségű anyag keletkezik, amely azonnal el is bomlik. Nulla fok fölé jutni ugyanakkor ennek ellenére is óriási eredmény, és ez várhatóan megsokszorozza majd a további kutatásokat.

Ám a történet ezzel még korántsem ért véget, merthogy vegyészek azt is feltételezik, hogy a hidrogén mellett egy másik bináris molekula lehetőségeit szinte teljesen feltérképezték már, vagyis az ezekkel folytatott további kísérletek nem feltétlenül vezetnek eredményre. Esélyesebbek a három különböző atomból felépített molekulák (mint amilyen a mostani felfedezés). Ezért is nagyon érdekes Janming Ma, a kínai Csilin Egyetem kutatójának augusztusban közölt cikke egy olyan molekuláról (Li2MgH16), amely már négyszázhetvenhárom Kelvin, azaz kétszáz Celsius-fok alatt szupravezetővé válik (kétszázötven gigapascal nyomáson). Időközben viszont az is kiderült, hogy a sok hidrogént tartalmazó molekulák valószínűleg soha nem lesznek stabilak szobahőmérsékleten, így lényegében ez az irány sem hibátlan. A kutatók hozzáteszik, hogy több mint hétezer reális kombinációja létezik a hármas molekuláknak, aki pedig képes lemodellezni közülük a befutót, majd a laborban előállítja, az lesz az igazi nyertes.

(Fotó: Pixabay,  University of Rochester, Chemistry World via PJRay – CC BY-SA 4.0)


Kövesd a Rakétát a Facebookon is!
Kövess, üzenj, kommentelj a Rakéta Facebook oldalán!
Ismerd meg a ROADSTER magazint!
AUTÓK - DESIGN - GASZTRO - KULT - UTAZÁS - TECH // Ha szereted a minőséget az életed minden területén, páratlan élmény lesz!
Ezek is érdekelhetnek
HELLO, EZ ITT A
RAKÉTA
Kövess minket a Facebookon!
A jövő legizgalmasabb cikkeit találod nálunk!

Hírlevél feliratkozás

Ne maradj le a jövőről! Iratkozz fel a hírlevelünkre, és minden héten elküldjük neked a legfrissebb és legérdekesebb híreket a technológia és a tudomány világából.