Obrovský míľnik v materiálovej vede: Vedci vytvorili supervodivý materiál v praktických podmienkach
Supervodiče donedávna vznikali len pri vysokých teplotách a tlaku. Nová štúdia prináša prvý prakticky využiteľný materiál.
V prelomovej štúdii výskumníci z University of Rochester vytvorili supervodivý materiál, ktorý môže vzniknúť pri dostatočne nízkej teplote a tlaku, aby bol vhodný aj na praktické využitie.
Ako autori vysvetľujú, tento materiál otvára dvere k aplikovanému využitiu. V rámci výskumu vytvorili hydrid lutécia, do ktorého pridali ešte dusík. Supervodivosť vykazuje už pri 20 stupňoch Celzia a tlaku 10 kilobarov, čo je približne 145-tisíc psi. Vedci konštatujú, že stále ide o mimoriadne vysoký tlak, pretože na hladine mora sa stretávame len s tlakom 15 psi.
V priemysle ale existuje množstvo rôznych prípadov, kedy sa pracuje s ešte väčším tlakom, napríklad pri výrobe čipov. Na objav, ktorý sa vedcom podaril v novej štúdii, sa čakalo viac ako sto rokov. Supervodivé materiály majú dve kľúčové vlastnosti. Prvou je, že odpor prakticky mizne a magnetické polia sa pohybujú okolo supervodivého materiálu.
V praxi by sa mohli využiť na vylepšenie elektrických sietí, ktoré vplyvom elektrického odporu strácajú až 200-miliónov MWh. Supervodiče by sa však mohli využiť aj pri levitujúcich vysokorýchlostných vlakoch či jadrovej fúzii. V minulosti sa tímu podarilo vytvoriť dva nové materiály. Jedným bol Uhličitý hydrid síry a druhým superhydrid ytria. Oba sú supervodivé pri izbovej teplote, no vyžadovali si obrovský tlak.
Vznik nového supervodivého materiálu považuje vedúci štúdie, Ranga Dias, za mimoriadne podstatný objav. Prácu tímu teda starostlivo dokumentoval, aby mohol lepšie reagovať na prípadnú kritiku. Už jeho predchádzajúce štúdie pritiahli pozornosť vedeckej komunity. Niektorí vedci sa do práce poriadne obuli.
Neprehliadnite
Hydridy vznikajú spojením vzácnych kovov s vodíkom a pridaním dusíka alebo uhlíka. Takéto zloženie je zároveň akýmsi návodom pre vytváranie supervodivých materiálov. Dusík alebo uhlík, v tomto prípade pomáha stabilizovať materiály a tým pádom sa vyžaduje menší tlak na to, aby sa objavila supervodivosť.
Otázka praktickosti
Množstvo vzácnych kovov sa zdalo byť vhodným materiálom pre supervodič, no táto vlastnosť sa objavovala pri podmienkach, ktoré nie sú vhodné pre praktické použitie. V rámci nového výskumu sa preto vedci zamerali na lutécium, ktoré sa zdalo byť vhodným kandidátom.
„Hlavnou otázkou bolo, ako ideme stabilizovať tento materiál a znížiť tlak, pri ktorom sa objavuje supervodivosť? Potom nás napadol dusík,“ tvrdí Dias.
V rámci experimentu vytvorili vedci plyn z 99% vodíka a jedného percenta dusíku. Následne tento plyn umiestnili do reakčnej komory s čistou vzorkou lutécia. Zložky nechali dva, tri dni reagovať pri teplote okolo 200 stupňov Celzia.
Vznikla modrastá zlúčenina, ktorú následne stlačili. V tomto momente si autori výskumu všimli, že s nástupom supervodivosti sa materiál zmenil z modrého na ružový a následne na jasnočervený, keď sa supervodivosť skončila.
„Materiál bol jasnočervený. Ostal som zarazený, keď som videl tak intenzívne farby. Materiál sme vtipne začali prezývať „reddmatter“, po látke, ktorú Spock vytvoril vo filme Star Trek,“ vysvetľuje Dias.
Vedci vo svojom výskume pokračujú a v ďalších krokoch sa pokúsia využiť umelú inteligenciu na hľadanie ďalších vhodných supervodivých materiálov.
Komentáre