Čikagos universiteto mokslininkai priklauso tarptautinei tyrėjų komandai, atradusiai superlaidumą – savybę idealiai praleisti elektros srovę – rekordiškai aukštoje temperatūroje.
Komanda, naudodama pažangią Čikagos universiteto valdomos Argonne nacionalinės laboratorijos įrangą, tyrė medžiagų klasę, kurioje superlaidumas pasireiškia iki maždaug -23 °C (250 K) temperatūros. Tai – apie 50 laipsnių už ankstesnį patvirtintą rekordą aukštesnė temperatūra.
Nors superlaidumas pasiektas, pasitelkus itin aukštą slėgį, rezultatas vis viena yra didelis žingsnis link galutinio mokslininkų siekio – galimybės naudoti šį reiškinį pažangioms technologijoms kambario temperatūroje. Tyrimo rezultatai buvo publikuoti gegužės 23 dieną „Nature“ žurnale; tyrimo bendraautoriai – Čikagos universiteto profesorius Vitalijus Prakapenka ir to paties universiteto podoktorantūrinės programos mokslininkas Eranas Greenbergas.
Kaip kad varinė viela elektrą praleidžia geriau, nei guminis vamzdelis, taip ir kai kurios medžiagos geriau tampa superlaidininkais, t. y. medžiagomis, pasižyminčiomis šiomis dviem savybėmis: nuline elektros varža ir nepralaidumu magnetiniam laukui. Tokias medžiagas galima panaudoti labai plačiai ir įspūdingai: nuo laidų be energijos nuostolių, nepaprastai sparčių superkompiuterių ir efektyvių magnetinės levitacijos traukinių.
Bet mokslininkams lig šiol pavyko sukurti medžiagas, superlaidumą įgyjančias tik itin žemoje temperatūroje – iš pradžių -240 °C ir tik nelabai seniai, apie -73 °C šaltyje. Kadangi toks šaldymas – labai brangus malonumas, plačiau panaudoti tokius superlaidininkus nelabai pavyktų.
Nauji teoriniai skaičiavimai parodė, kad į aukštesnės temperatūros superlaidininkus gali nuvesti nauja medžiagų klasė – superlaidūs hidridai. Maxo Plancko chemijos instituto Vokietijoje mokslininkai drauge su Čikagos universiteto tyrėjais ėmėsi kurti tokias medžiagas – lantano superhidridus – tikrinti jų superlaidumą ir nustatinėti jų struktūrą ir sudėtį.
Vienintelis kabliukas – medžiagą reikėjo labai stipriai spausti – tarp 150 ir 170 gigapaskalių (GPa), o tai pusantro milijono karto daugiau už oro slėgį jūros lygyje. Tik veikiama tokio aukšto slėgio medžiaga – mažutėlis, vos kelių mikronų skersmens bandinys – tampa superlaidžiu rekordiškai aukštoje temperatūroje.
Iš teisų, medžiaga pademonstravo tris iš keturių superlaidumą įrodančių savybių: išnyko elektrinė varža; veikiant magnetiniam laukui kritinė temperatūra sumažėjo; pakeitus kai kuriuos medžiagos atomus jų izotopais, temperatūra pakito. Ketvirtoji savybė, – Meissnerio efektas, kai medžiaga išstumia bet kokius magnetinius laukus, – nebuvo užfiksuota. Tyrėjų teigimu, tokio mažo bandinio atveju stebėti šį efektą neįmanoma.
Tyrėjai naudojo Argonne nacionalinės laboratorijos Pažangųjį fotonų šaltinį (Advanced Photon Source), generuojantį itin ryškius aukštos energijos rentgeno spindulius, kuriais atlikti proveržiai nuo baterijų dizainų iki Žemės gelmių geresnio pažinimo ir medžiagų analizės. Šiame eksperimente Čikagos universiteto mokslininkai įterpė mažą medžiagos bandinį tarp dviejų mažų deimantų ir jį suspaudė, tada jo struktūrą ir sudėtį ištyrė rentgeno spinduliais.
Kadangi eksperimento metu naudota temperatūra būtų normali didelėje Žemės dalyje, galutinis tikslas – kambario temperatūra, ar bent jau 0 °C, – nebeatrodo nepasiekiamai toli.
Komanda tęsia bendradarbiavimą, ieškodama naujų medžiagų, galinčių įgyti superlaidumo savybes esant priimtinesnėms sąlygoms.
„Kitas mūsų tikslas – sumažinti slėgį, būtiną naujų bandinių sintezavimui, priartinti kritinę temperatūrą prie įprastinės ir gal net sukurti bandinius, kurie galėtų būti kuriami aukštame slėgyje, tačiau išlaikytų superlaidumą ir normaliame slėgyje. Toliau ieškome naujų ir įdomių kompozicijų, pateiksiančių naujų ir dažnai netikėtų atradimų“, – dėstė V.Prakapenka.
