WYZNACZANIE TRENDÓW W NAUCE: Pierwszy na świecie nadprzewodnik działający w temperaturze pokojowej opracowany po przeszło stu latach badań
Nadprzewodniki to materiały, które są w stanie przenosić prąd elektryczny bez żadnego oporu, co umożliwia jego przepływ bez strat energii. Obecnie większość generowanej przez nas energii jest tracona w formie ciepła ze względu na zjawisko fizyczne nazywane oporem elektrycznym. Rozwiązaniem tego problemu są nadprzewodniki, jednak wszystkie odkryte do tej pory materiały tego rodzaju wymagały schłodzenia do bardzo niskich temperatur, by uzyskać ich wyjątkowe właściwości. To wymaganie sprawia z kolei, że ich wykorzystanie w większości zastosowań staje się niemożliwe, prowadzi do wysokich kosztów utrzymania i utrudnia używanie ich właściwości w nowych rozwiązaniach.
Wielki skok dla nadprzewodnictwa
Wyobraźmy sobie świat, w którym zjawisko nadprzewodnictwa pozwala na zmianę sposobu działania naszej sieci energetycznej i przekształcenie sektorów elektroniki i transportu. Świat, w którym tego rodzaju materiały będą stanowić część urządzeń elektronicznych i sieci dostarczających nam energię elektryczną. Takie rozwiązania pozwoliłyby nam na uzyskanie ogromnych oszczędności energii, a także miniaturyzację dużych układów scalonych i obwodów, które mieściłyby się w naszych kieszeniach. Nadprzewodnictwo może zrewolucjonizować szeroki zakres rozwiązań – od kolei magnetycznej, aż po obrazowanie medyczne. Poszukiwania materiałów nadprzewodzących w wyższych temperaturach trwają już od ponad stu lat, jednak dziś możemy stwierdzić, że praca naukowców właśnie przyniosła efekty. Badaczom udało się uzyskać materiał nadprzewodnikowy, który działa w bardzo łagodnej temperaturze wynoszącej 15 °C. Pobito tym samym rekord ustanowiony przez inny zespół, któremu udało się odkryć analogiczny nadprzewodnik osiągający swoje właściwości przy –23 °C. Informacje na temat przeprowadzonych badań zostały opublikowane w czasopiśmie „Nature”. „Ze względu na bardzo niską temperaturę działania, wyjątkowe właściwości nadprzewodników nie zmieniły świata w znaczący sposób, jak wyobrażało to sobie wiele osób”, wyjaśnia Ranga Dias, adiunkt inżynierii mechanicznej oraz fizyki i astronomii na Uniwersytecie Rochester w Nowym Jorku w wywiadzie udzielonym „BBC”. „Nasze odkrycie może pomóc w przełamaniu bariery temperatury i utorować drogę do bardzo wielu potencjalnych zastosowań nadprzewodników”. Prowadzący badania prof. Dias zauważa, że nadprzewodniki działające w temperaturze pokojowej „mogą zdecydowanie zmienić świat, jaki znamy”.
Przełamanie bariery temperatury pokojowej
Aby stworzyć nadprzewodnik, badacze zbadali mieszaninę trzech pierwiastków – węgla, wodoru i siarki. Ich połączenie pozwoliło im na uzyskanie związku węgla i wodorku siarki. Próbka nowego materiału została umieszczona pomiędzy dwoma diamentami, a następnie oświetlona światłem lasera w celu wywołania reakcji chemicznych. Następnie zespół badawczy przeanalizował ją pod kątem nadprzewodnictwa. Ciśnienie, jakiemu została poddana próbka było przeszło 2,6 miliona razy wyższe niż w atmosferze ziemskiej, a temperatura wynosiła 15 °C. Zespół odkrył, że w tych warunkach opór elektryczny całkowicie zniknął. Obecnie prof. Dias chce znaleźć sposób na wytwarzanie nadprzewodników działających w temperaturze pokojowej przy niższym ciśnieniu, dzięki czemu ich produkowanie w większych ilościach stanie się tańsze. „Dzięki nowej technologii nasze społeczeństwo będzie powszechnie korzystać z nadprzewodników – wyobraźmy sobie świat, w którym już nikt nigdy nie będzie potrzebował takich rzeczy jak na przykład baterie”, stwierdza jeden z autorów badań Ashkan Salamat z Uniwersytetu w Nevadzie w stanie Las Vegas. „To może być dopiero wierzchołek góry lodowej, jeśli chodzi o odkrycia”, dodał Russell Hemley, nieuczestniczący w badaniach profesor chemii i fizyki na Uniwersytecie w Illinois w Chicago, w rozmowie z dziennikiem „New York Times”. „Najbardziej interesujące pytanie, jakie możemy sobie w tym momencie zadać, to: »gdzie leży granica?«”, zauważa prof. Hemley. „Nie wiemy też, jaki jest mechanizm działania nadprzewodników w wysokich temperaturach – to kolejna kwestia, której zbadaniem musimy się zająć w przyszłości”.
Słowa kluczowe
nadprzewodnik, nadprzewodnictwo, temperatura pokojowa, temperatura, związek węgla i wodorku siarki