"Kami percaya ini adalah era superkonduktiviti baru," kata Russell Hemley, seorang saintis bahan di George Washington University di Washington, D.C., memberitahu ramai penyelidik pada 4 Mac di mesyuarat Persatuan Fizikal Amerika di Mac.
Imej menyala skrin di belakangnya: skematik peranti untuk menghancurkan perkara-perkara kecil di antara titik superhard yang menentang berlian, graf suhu dan rintangan elektrik, bola bersinar dengan hitam, hitam "X" yang dipotong di tengahnya.
Imej terakhir itu adalah perwujudan era baru itu sendiri: satu sampel kecil superhydride lanthanum (atau LaH10) diperas dengan tekanan yang serupa dengan yang ditemui melalui teras bumi dan dipanaskan dengan laser ke suhu yang mendekati hari yang lambat pada musim sejuk di New England . (Itu panas yang panas dengan piawaian penyelidikan superkonduktiviti, biasanya dijalankan di dalam makmal yang melampau.) Di bawah keadaan tersebut, Hemley dan pasukannya telah menemui, LaH10 nampaknya berhenti menahan pergerakan elektron di antara atomnya. Ia nampaknya, seperti yang disebut Hemley dalam ceramah APS dan dalam karya yang diterbitkan pada 14 Januari dalam jurnal Physical Review Letters, sebuah "superkonduktor suhu bilik."
Sains beku
Kembali pada tahun 1911, ahli fizik Belanda, Heike Kamerlingh Onnes, mendapati bahawa pada suhu yang sangat rendah, bahan tertentu menunjukkan sifat elektrik yang luar biasa.
Di bawah keadaan biasa, arus elektrik melalui bahan konduktif (seperti dawai tembaga) akan kehilangan sedikit intensiti di sepanjang jalan. Malah konduktor yang sangat baik yang kami gunakan dalam grid elektrik kami tidak sempurna dan gagal mengangkut semua tenaga dari stesen kuasa ke salur keluar dinding anda. Sesetengah elektron hanya tersesat di sepanjang jalan.
Tetapi superkonduktor berbeza. Arus elektrik yang diperkenalkan ke dalam gelung dawai superconducting akan terus mengelilingi selamanya, tanpa sebarang kerugian. Superconductors mengeluarkan medan magnet, dan oleh itu kuat menolak magnet. Mereka mempunyai aplikasi dalam pengkomputeran berkelajuan tinggi dan teknologi lain. Masalahnya adalah bahawa jenis suhu sangat rendah di mana superconductors biasanya beroperasi membuat mereka tidak praktikal untuk kegunaan umum.
Memburu tanpa peta
Selama lebih dari satu abad, ahli fizik telah diburu untuk superkonduktivitas dalam bahan-bahan yang lebih hangat. Tetapi mencari superkonduktivitas agak seperti emas yang menarik: Pengalaman lepas dan teori mungkin memberitahu anda secara luas di mana untuk mencarinya, tetapi anda tidak akan benar-benar tahu di mana ia sampai anda melakukan kerja-kerja pemeriksaan yang mahal dan memakan masa.
"Anda mempunyai banyak bahan, anda mempunyai ruang yang besar untuk dijelajahi," kata Lilia Boeri, ahli fizik di Sapienza University of Rome, yang menyampaikan kerja selepas Hemley meneroka kemungkinan superkonduktor lebih hangat daripada LaH10, dan menjelaskan mengapa bahan-bahan seperti ini superkonduktif pada tekanan melampau.
Pada tahun 1986, para penyelidik menemui seramik yang superkonduktif pada suhu serendah 30 darjah di atas sifar mutlak, atau tolak 406 darjah Fahrenheit (tolak 243 darjah Celsius). Kemudian, pada tahun 1990-an, penyelidik mula-mula melihat dengan tekun pada tekanan yang sangat tinggi, untuk melihat sama ada mereka mungkin mendedahkan jenis baru superkonduktor.
Tetapi pada ketika itu, Boeri memberitahu Live Science, masih tidak ada cara yang baik untuk menentukan sama ada bahan akan berubah menjadi superkonduktif, atau pada suhu yang akan dilakukannya, sehingga ia diuji. Akibatnya, rekod suhu kritikal - suhu di mana superkonduktivitas muncul - tinggal sangat rendah.
"Rangka teoretis ada di sana, tetapi mereka tidak mempunyai keupayaan untuk menggunakannya," kata Boeri.
Penemuan besar berikutnya datang pada 2001, apabila penyelidik menunjukkan bahawa magnesium diboride (MgB2) adalah superkonduktif pada 39 darjah di atas sifar mutlak, atau tolak 389 F (tolak 234 C).
"agak rendah," katanya, "tetapi pada masa itu merupakan satu kejayaan besar, kerana ia menunjukkan bahawa anda boleh mempunyai superkonduktivitas dengan suhu kritikal yang dua kali lebih tinggi daripada apa yang difikirkan sebelum ini mungkin."
Menghancurkan hidrogen
Sejak itu, memburu superkonduktor hangat telah beralih dalam dua cara utama: Para saintis bahan menyedari bahawa unsur-unsur ringan menawarkan kemungkinan menggalakkan superconduksi. Sementara itu, model komputer maju ke tahap di mana ahli-ahli teori dapat meramalkan terlebih dahulu dengan tepat bagaimana bahan-bahan mungkin berkelakuan dalam keadaan yang melampau.
Pakar fizikal bermula di tempat yang jelas.
"Jadi, anda mahu menggunakan unsur cahaya, dan elemen ringan adalah hidrogen," kata Boeri. "Tetapi masalah itu adalah hidrogen sendiri - ini tidak boleh dibuat superconducting, kerana ia adalah penebat. Jadi, untuk mempunyai superkonduktor, anda perlu membuat logam terlebih dahulu. Anda perlu melakukan sesuatu, dan perkara terbaik yang boleh anda lakukan memerah. "
Dalam kimia, logam adalah hampir semua koleksi atom terikat bersama kerana mereka duduk di dalam sup dengan elektron yang mengalir keluar. Kebanyakan bahan yang kita sebut logam, seperti tembaga atau besi, adalah logam pada suhu bilik dan pada tekanan atmosfer yang selesa. Tetapi bahan-bahan lain boleh menjadi logam dalam persekitaran yang lebih melampau.
Secara teori, hidrogen adalah salah satu daripada mereka. Tetapi ada masalah.
"Itu memerlukan tekanan yang lebih tinggi daripada yang boleh dilakukan dengan menggunakan teknologi sedia ada," kata Hemley dalam ceramahnya.
Itu meninggalkan penyelidik memburu bahan yang mengandungi banyak hidrogen yang akan membentuk logam - dan, semoga menjadi superkonduktif, pada tekanan yang dapat dicapai.
Pada masa ini, Boeri berkata, ahli teori yang bekerja dengan model komputer menawarkan bahan eksperimental yang mungkin superkonduktor. Dan para eksperimental memilih pilihan terbaik untuk menguji.
Terdapat had ke atas nilai model tersebut, walaupun, kata Hemley. Tidak semua ramalan di makmal.
"Kita boleh menggunakan perhitungan dengan sangat berkesan dalam kerja ini, tetapi kita perlu melakukan itu dengan kritikal dan memberikan ujian percubaan pada akhirnya," katanya kepada orang ramai yang berkumpul.
Hemley dan "superkonduktor suhu bilik", LaH10, kelihatan hasil yang paling menarik lagi dari era penyelidikan baru ini. Dihancurkan kira-kira 1 juta kali tekanan atmosfer bumi (200 gigapas) di antara titik dua berlian bertentangan, sampel LaH10 kelihatan menjadi superkonduktif pada 260 darjah di atas sifar mutlak, atau 8 F (tolak 13 C).
Satu lagi eksperimen yang diterangkan dalam kertas yang sama muncul untuk menunjukkan superkonduktiviti pada 280 darjah di atas sifar mutlak, atau 44 F (7 C). Itulah suhu bilik yang sejuk, tetapi tidak terlalu sukar untuk mencapai suhu.
Hemley menamatkan ceramahnya dengan menyatakan bahawa, di jalan raya, kerja tekanan tinggi ini mungkin membawa kepada bahan-bahan yang superkonduktor pada kedua-dua suhu panas dan tekanan normal. Mungkin bahan, sekali bertekanan, mungkin kekal sebagai superkonduktor selepas tekanan dikeluarkan, katanya. Atau mungkin pengajaran tentang struktur kimia yang dipelajari pada suhu tinggi mungkin menunjukkan jalan ke struktur tekanan rendah superconduktif.
Itu akan menjadi penukar permainan, kata Boeri.
"Perkara ini pada dasarnya adalah penyelidikan asas, ia tidak mempunyai aplikasi," katanya. "Tapi katakan kau datang dengan sesuatu yang bekerja pada tekanan, katakan, 10 kali lebih rendah dari sekarang. Ini membuka pintu untuk superkonduktor wayar, perkara lain."
Ditanya sama ada dia menjangkakan untuk melihat suhu bilik, tekanan udara superkonduktor dalam seumur hidupnya, dia mengangguk bersemangat.
"Pastinya," katanya.
