Мнение

Jul 11, 2023

Реклама

Поддерживается

Гостевое эссе

Эндрю Коут

Г-н Коут — физик-инженер, который работал со сверхпроводниками в лабораториях физики конденсированного состояния и ускорителях частиц, а также разработал сверхпроводящие магнитные системы для ядерного синтеза.

За последние три недели мы стали свидетелями драматического взлета и падения нового кандидата на Святой Грааль материаловедения: сверхпроводника, работающего при комнатной температуре. 22 июля группа исследователей из Южной Кореи сообщила о своих открытиях по соединению, которое они назвали LK-99, заявив, что его открытие стало «совершенно новым историческим моментом», который «откроет новую эру для человечества». За этим последовало бурное безумие онлайн-дискуссий по физике и стремительных публикаций, которые через две недели потерпели неудачу. ЛК-99, казалось, провалился.

Общественный интерес к ЛК-99 был не только научным, но и социальным явлением. Огромный объем онлайн-обсуждений на досках объявлений, в групповых чатах, Reddit и X, приложении, ранее известном как Twitter, привлек внимание ученых-исследователей, которые начали проводить симуляции и эксперименты, чтобы повторить или опровергнуть утверждения корейской команды. На короткий момент большая аудитория людей, плохо знакомых со сверхпроводимостью, внезапно увлеклась нишевой областью материаловедения, ища ответ на редко слышимый, но глубокий вопрос: вступило ли человечество только что в новый золотой век?

Всякий раз, когда электроэнергия проходит по линии электропередачи, ее часть теряется в виде отходящего тепла — вездесущего налога, налагаемого законами природы. Чудесный потенциал сверхпроводников заключается в том, что они с идеальной эффективностью передают электричество на большие расстояния. Если мы когда-нибудь придумаем, как производить их дешево и заставить работать при комнатной температуре, а не только при сотнях градусов ниже нуля, это произведет революцию в нашей экономике и поможет спасти окружающую среду. Сверхпроводники также могут достигать таких результатов, как мощные магнитные поля и левитация в воздухе, создавая новые категории электронных устройств, компьютеров и видов транспорта.

К сожалению, самый высокотемпературный материал, известный в настоящее время как сверхпроводник, делает это только при температуре -10 градусов, при этом его необходимо подвергнуть давлению около 1,9 миллиона атмосфер. Материалы, которые являются сверхпроводящими при атмосферном давлении, требуют температуры ниже -150 градусов, что ограничивает их использование теми приложениями, где того стоит криогенная техника, такими как медицинская визуализация и экспериментальная физика.

В поисках комнатной температуры

сверхпроводник

В последние десятилетия ученые открыли материалы, которые обладают сверхпроводимостью при все более высоких температурах.

100°Ф

Комнатная температура

0

Для работы многих сверхпроводников с самыми высокими температурами требуется экстремальное давление, от 100 000 до миллионов атмосфер.

-100

-200

-300

Жидкий азот

-400

Жидкий водород

1940 год

1960 год

1980 год

2000 г.

2020 год

В поисках сверхпроводника при комнатной температуре

В последние десятилетия ученые открыли материалы, которые обладают сверхпроводимостью при все более высоких температурах.

100°Ф

Комнатная температура

0

Для работы многих сверхпроводников с самыми высокими температурами требуется экстремальное давление, от 100 000 до миллионов атмосфер.

-100

-200

-300

Жидкий азот

-400

Жидкий водород

1940 год

1960 год

1980 год

2000 г.

2020 год

Источник: На основе диссертационной работы, опубликованной Оливье Гинграсом (2021 г.) и Пиа Дженсен Рэй (2015 г.).

Графика Сары Чодош.

Эти свойства стали возможными в сверхпроводниках благодаря тому, что электроны в них движутся иначе, чем в обычных металлах. Представьте себе, что в меди и других электропроводящих материалах шарик с электрическим током падает в верхнюю часть машины Плинко и подпрыгивает на колышках до самого конца. При каждом отскоке часть энергии передается от мяча к колышку — это и есть налог на тепло. В сверхпроводнике шарики электрического тока плавно скользят, как шарики по дорожке. Никакого тепла, никаких потерь энергии.