Węglasty wodorek siarki - Carbonaceous sulfur hydride

Węglasty wodorek siarki to nadprzewodnik działający w temperaturze pokojowej , ogłoszony w październiku 2020 r. Materiał ma maksymalną temperaturę przejścia nadprzewodnika wynoszącą 15 °C (59 °F) przy ciśnieniu 267 gigapaskali (GPa). Jest to ciśnienie odpowiadające trzem czwartym ciśnienia w centrum Ziemi. Materiał jest niescharakteryzowanej trójskładnikowy polyhydride Związek węgla , siarki i wodoru o wzorze chemicznym, który jest uważany za CSH ₈ . Pomiary pod ekstremalnym ciśnieniem są trudne, a w szczególności elementy są zbyt lekkie do rentgenowskiego określenia struktury krystalicznej ( krystalografia rentgenowska ). Jest to temperatura najbliższa temperaturze pokojowej osiągniętej dla nadprzewodnika, z początkiem prawie 30 °C wyższym niż u poprzedniego rekordzisty.

Tło

Przed rokiem 1911 wszystkie znane przewodniki elektryczne wykazywały opór elektryczny , ze względu na zderzenia nośnika ładunku z atomami w materiale. Naukowcy odkryli, że w niektórych materiałach w niskich temperaturach nośniki ładunku oddziałują z fononami w materiale i tworzą pary Coopera , jak opisuje teoria BCS . W wyniku tego procesu powstaje nadprzewodnik o zerowej oporności elektrycznej. Podczas przejścia do stanu nadprzewodzącego linie pola magnetycznego są wypychane z wnętrza materiału, co pozwala na lewitację magnetyczną . Historycznie wiadomo, że efekt występuje tylko w niskich temperaturach, ale naukowcy spędzili dziesięciolecia, próbując znaleźć materiał, który mógłby działać w temperaturze pokojowej.

Synteza

Materiał jest trójskładnikowym polyhydride Związek węgla , siarki i wodoru o wzorze chemicznym, który jest uważany za CSH ₈ . Od października 2020 r. struktura molekularna materiału pozostaje nieopisana, ponieważ ekstremalne ciśnienia i zastosowane lekkie pierwiastki nie nadają się do większości pomiarów, takich jak oznaczanie rentgenowskie. Materiał jest syntetyzowany przez sprężanie metanu (CH ₄ ), siarkowodoru (H ₂ S) i wodoru (H ₂ ) w ogniwie diamentowym i naświetlanie zielonym laserem 532 nm. Wyjściowy związek węgla i siarki jest syntetyzowany w stosunku molowym 1:1 , formowany w kulki o średnicy mniejszej niż pięć mikronów i umieszczany w diamentowej komórce kowadełka . Następnie dodaje się gazowy wodór i układ spręża się do 4,0 GPa i oświetla laserem 532 nm przez kilka godzin. Doniesiono, że kryształ nie jest stabilny poniżej 10 GPa i może ulec zniszczeniu, jeśli zostanie pozostawiony na noc w temperaturze pokojowej. Badania nad materiałem trwają, a od sierpnia 2020 r. naukowcy muszą jeszcze określić jego strukturę molekularną.

Nadprzewodnictwo

14 października 2020 r. ogłoszono, że węglowy wodorek siarki został potwierdzony jako pierwszy na świecie nadprzewodnik działający w temperaturze pokojowej . Stan nadprzewodnictwa zaobserwowano w temperaturach sięgających nawet 15°C (59°F). Materiał ustanawia nowy rekord w zakresie nadprzewodnictwa wysokotemperaturowego , z temperaturą przejścia o prawie 30 °C (54 °F) wyższą niż poprzedni rekordzista. Dzięki wysokiemu przejściu nadprzewodnictwa wynoszącemu 15 °C jest to pierwszy znany materiał, który nie musi być chłodzony, aby wejść w fazę nadprzewodnictwa. Pomimo ogromnego postępu, stan nadprzewodnictwa można zaobserwować tylko przy bardzo wysokim ciśnieniu 267  GPa (38,7 miliona psi), które jest około milion razy wyższe niż ciśnienie w typowej oponie samochodowej.

Najwyższa znaleziona temperatura przejścia nadprzewodzącego wynosiła 287,7 ± 1,2 K (14,6 ± 1,2 ° C; 58,2 ± 2,2 ° F) przy ciśnieniu 267 ± 10 GPa (38,7 ± 1,5 miliona psi). Materiał został przetestowany pod kilkoma niższymi ciśnieniami, stwierdzając, że przy 138 ± 7 GPa (20,0 ± 1,0 miliona psi) temperatura przejścia obniża się do 147 K (-126 ° C; -195° F). Ponadto, zgodnie z przewidywaniami teorii BCS , stwierdzono znaczny spadek temperatury przejścia po przyłożeniu zewnętrznego pola magnetycznego. Naukowcy odkryli, że temperatura przejścia została obniżona o 22 K (40 °F) w dziewięć teslowym polu magnetycznym pod ciśnieniem 267 GPa.

Nadprzewodnictwo dla wodorków siarki bez węgla zostało po raz pierwszy zgłoszone w 2015 r.

Ważność tych wyników została zakwestionowana w arXiv:2010.10307 i arXiv:2012.10771.

Bibliografia

Zewnętrzne linki

• Serwis Roberta (26 sierpnia 2021). „Dzięki odrobinie rozbijania diamentów praktyczne nadprzewodnictwo w temperaturze pokojowej może być bliskie rzeczywistości” . Nauka | AAAS .