עדות למוליכות-על 'קרוב לסביבה' שנמצאה בלוטטיום הידריד

מוליכות-על נצפתה ב-20 מעלות צלזיוס (294 K) ב-lutetium הידריד מסומם בחנקן בלחץ של 1 GPa (10 kbar). החומר נעשה ונלמד על ידי רנגה דיאס ועמיתים מאוניברסיטת רוצ'סטר בארה"ב, שטוענים שהממצא מעורר תקוות שיימצא בקרוב חומר שמוליך-על בתנאי סביבה.

להיות מסוגל לשאת זרם חשמלי ללא התנגדות חשמלית, מוליכים על יש מגוון רחב של יישומים. אבל מכשירים מעשיים המשתמשים ברכיבים מוליכים, כמו המגנטים במכונות הדמיה בתהודה מגנטית, חייבים להיות מצוננים לטמפרטורות נמוכות במיוחד כדי להבטיח שהחומר מוליך-על. לפיכך, פיסיקאים של חומר מרוכז קיוו זה מכבר לפתח חומרים המוליכים-על בטמפרטורת החדר, מה שיפחית את העלויות של הפעלת מכשירים כאלה.

במשך שנים רבות, החומרים עם טמפרטורות המעבר המוליכות הגבוהות ביותר היו ה"קופרטים" המבוססים על תחמוצת נחושת, שמוליכות-על מוליכות כאשר מקורן מתחת לסביבות -130 מעלות צלזיוס בלחץ הסביבה. אבל אז ב-2015 מיכאיל ארמטס ועמיתים במכון מקס פלאנק לכימיה ובאוניברסיטת יוהנס גוטנברג מיינץ, שניהם בגרמניה, נצפתה מוליכות-על ב-70 מעלות צלזיוס בדגימה של מימן גופרתי אם כי בלחצים של כ-150 GPa.

ארבע שנים מאוחר יותר, הצוות של ארמץ וקבוצה בראשות ראסל המלי באוניברסיטת ג'ורג' וושינגטון בארה"ב דיווחו על מוליכות-על בטמפרטורות של עד כ-20 מעלות צלזיוס בלחצים גבוהים דומים. ואז באוקטובר 2020, דיאס ועמיתיו נטען בכתב העת טבע לגלות מוליכות-על בטמפרטורה של 15 מעלות צלזיוס בחומר מימן גופרתי.

העיתון של דיאס עלה לכותרת ונכלל על ידי עולם הפיזיקה ב פריצות הדרך של השנה לשנת 2020. המוליך העל המדובר נעשה על ידי הוספת פחמן למימן גופרתי ולאחר מכן סחיטת המדגם ל-220 GPa. הצוות של דיאס מצא טמפרטורת מוליך-על מקסימלית של 15 מעלות צלזיוס המתרחשת בכ-260 GPa.

עם זאת, עלו דאגות לגבי הממצא, ו הנייר חזר בו לאחר מכן בספטמבר 2022 על ידי עורכים ב טבע. עם זאת, דיאס ועמיתיו טוענים שהם עומדים בתוצאות שלהם. ואכן, דיאס אומר שמאז הוגש מחדש המאמר לשנת 2020 טבע עם נתונים חדשים שלטענתם מאמתים את העבודה הקודמת.

תקוות גדולות

כעת, דיאס ועמיתיו חזרו עם חומר חדש וכזה שמוליך-על בטמפרטורת החדר תחת לחץ נמוך יותר מאשר מאמצים קודמים. הצוות של דיאס יצר אותו מתערובת גזית של 99% מימן ו-1% חנקן שהוכנסה לתא תגובה עם דגימה טהורה של לוטטיום. הרכיבים הושארו להגיב במשך כמה ימים בכ-200 מעלות צלזיוס.

תרכובת הלוטטיום-חנקן-מימן שהתקבלה הייתה בתחילה בצבע כחול. אבל הדגימה הפכה לוורודה כאשר היא נלחצה בלחץ, כאשר שינוי הצבע שלה חופף עם תחילתה של מוליכות-על בטמפרטורה של -102 מעלות צלזיוס ולחץ של 0.5 GPa.

הקהילה המדעית מצפה שהפעם הסינתזה תתואר בפירוט רב

מיכאיל ארמטס

אבל כשהצוות דחק את הדגימה ללחצים גבוהים עוד יותר, הצוות ראה טמפרטורת מעבר מוליכי-על מקסימלית של 20 מעלות צלזיוס בלחץ של 1 GPa. לכן החומר שלהם הוא בעל הטמפרטורה הגבוהה ביותר שנרשמה אי פעם בלחצים נמוכים כאלה.

בסופו של דבר, כאשר החומר נדחס מעבר ל-1 GPa, המדגם הפך שוב ללא מוליך-על וצבעו השתנה שוב כשהיא הפכה למתכת. "זה היה אדום מאוד בהיר," אומר דיאס. "הייתי בהלם לראות צבעים בעוצמה כזו."

בהתחשב באופי השנוי במחלוקת של עבודתם הקודמת, הצוות ביצע מדידות שונות כדי להראות שהשלב אכן היה מוליך-על. במיוחד, הם תיעדו את ההתנגדות החשמלית והראתה שהיא ירדה לאפס בטמפרטורת המעבר.

החוקרים גם מדדו את הרגישות המגנטית, וראו שהחומר מוציא קווי שדה מגנטי, שהוא מאפיין נוסף של מוליך-על. לבסוף, הם מדדו את החום הספציפי, שהראה גם תגובה אופיינית בטמפרטורת המעבר.

המחברים אומרים, עם זאת, שתידרש עבודה נוספת כדי לקבוע את הסטוכיומטריה המדויקת של מימן וחנקן בדגימה ואת מיקומם האטומי. בעוד החוקרים ביצעו פיזור קרני רנטגן כדי לקבוע את המבנה הקריסטלוגרפי של המדגם, הם לא יכלו לקבוע את המיקום המדויק של אטומי המימן והחנקן, שניתן לפתור באמצעות פיזור נויטרונים במחקרים עתידיים.

תראה לנו את המתכת שלך

ארמטס, שלא היה מעורב בעבודה החדשה, סיפר עולם הפיזיקה שנראה שהמוליכות העל "מוכחת באופן מקיף" על ידי הובלה חשמלית, רגישות מגנטית, קיבולת חום ומדידות אחרות. אבל הוא מודה כי יהיה זה "בעל חשיבות עליונה" לשחזר ולאשר את הטענה הנוכחית עם בדיקות נוספות.

"הנתונים של הנייר שהוחזר [2020] גם נראו טוב, אבל [מוליכות העל בטמפרטורת החדר] הנטען לא שוחזרה במחקרים ניסיוניים ותיאורטיים זהירים", הוא אומר.

ארמטס מוסיף כי חשוב שהכותבים "יספקו את כל המידע הדרוש ותמיכה לשחזור חלק" של המדגם והתוצאות. "הקהילה המדעית מצפה שהפעם הסינתזה תתואר בפירוט רב", הוא אומר. "אם לא היה אפשר לחוקרים אחרים לשחזר את הסינתזה, היה חשוב שהכותבים יחלקו דגימות לצורך אימות."

המחקר מתואר ב טבע.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. ידע מוגבר. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/evidence-for-near-ambient-superconductivity-found-in-lutetium-hydride/