Главная » 2009»Май»22 » Открыт новый элементарный сверхпроводник
Открыт новый элементарный сверхпроводник
16:23
Джеймс С. Шиллинг (James S. Schilling), профессор физики из
Вашингтонского университета в Сент-Луисе, совместно со своим
докторантом обнаружили, что европий становится сверхпроводником при 1,8
°К и давлении в 80 ГПа, что делает его 53-м из известных элементарных
сверхпроводников и 23-м элементом, получающим такие свойства при
воздействии высокого давления.
Это открытие добавляет данные для
более точного понимания теоретических основ сверхпроводимости, что
может привести к созданию сверхпроводников, работающих даже при
комнатной температуре, и позволит их использовать для создания
энергоэффективного транспорта и хранилищ. "Прошло семь лет с момента открытия предыдущего элементарного сверхпроводника", — говорит Шиллинг. "Это становится все сложнее и сложнее, поскольку в периодической таблице остается всего несколько свободных элементов".
Исследование Шиллинга было проведено в рамках четырехлетнего гранта
размером в $500 тыс. от Национального научного фонда, Направления по
испытаниям материалов (National Science Foundation, Division of
Materials Research).
"Сверхпроводимость и магнетизм являются антагонистами. Чтобы получить сверхпроводимость, необходимо избавиться от магнетизма",
— поясняет Шиллинг. Из редкоземельных элементов европий, вероятнее
всего, утрачивает магнетизм под высоким давлением благодаря своей
электронной структуре. В твердом состоянии все редкоземельные элементы
трехвалентны, каждый атом предоставляет три электрона для создания
связей.
"Однако, когда атомы европия сжимаются, остаются
только два электрона каждого атома, и европий остается магнетиком.
Приложение необходимого давления вытесняет третий электрон, и
металлический европий становится трехвалентным. Такой европий не
обладает магнитными свойствами, так была открыта возможность создания
сверхпроводимости под особыми условиями", — заключил Шиллинг.
Шиллинг
использовал алмазную пластину для создания высокого давления на
образец. Круглый металлический уплотнитель отделял две противоположные
0,17-каратные алмазные пластины диаметром в 0,18 мм. Образец помешался
в отверстие этого уплотнителя, выступая с обеих сторон. Давление
прикладывалось к пространству образца с помощью тороидальной
гофрированной мембраны с газообразным гелием. За счет малой площади
контакта небольшая прикладываемая сила оказывала на образец
значительное воздействие.
Сверхпроводящие материалы имеют
уникальные электрические и магнитные свойства. Они лишены
электрического сопротивления и являются диамагнетиками. Эти свойства
могут быть использованы для создания мощных магнитов для
рентгенографии, постройки эффективных ЛЭП и электрогенераторов. Однако
пока неизвестны материалы, обладающие свойствами сверхпроводников при
нормальных условиях. Все известные материалы для достижения таких
свойств необходимо подвергать воздействию экстремально низких
температур и высокого давления.
При внешнем давлении наиболее высокая температура, при которой проявляются свойства сверхпроводимости, составляет 134 °К. "Это
комплексный материал, состоящий из пяти различных элементов. И мы до
сих пор не понимаем, почему он такой хороший сверхпроводник", —
поясняет Шиллинг. Ученые не имеют достаточного теоретического
понимания, достаточного для создания комбинации элементов
сверхпроводника, который бы мог существовать при комнатной температуре
и нормальном давлении. Результаты работы Шиллинга добавляют новые
данные, которые могут помочь в уточнении существующей теоретической
модели сверхпроводника.
"Гипотетически, металлические элементы сравнительно легко понять, поскольку они содержат один вид атомов" — говорит Шиллинг. "Прикладывая
давление, мы вводим эти элементы в новые условия, где наша теория имеет
сложности с пониманием некоторых вещей. Когда нам станет понятно
поведение элементов в этих условиях, мы сможем использовать это для
сочетания элементов в различные структуры, которые будут обладать
сверхпроводимостью и при более высокой температуре".
