ЛК

Nov 25, 2023

Эксперты продолжают выступать против экстраординарных заявлений о сверхпроводнике при комнатной температуре. Но даже провал может открыть новые пути для исследования материалов.

Когда в конце июля южнокорейские ученые сообщили о потенциальном прорыве в области сверхпроводников, их заявления вызвали волны волнения и скептицизма, поскольку исследователи по всему миру бросились повторять эксперименты.

Такой сверхпроводник, передающий электричество без потерь энергии при комнатной температуре и обычном давлении воздуха, является Святым Граалем материаловедения. Мечтатели надеются на сверхпроводники при комнатной температуре, которые смогут максимизировать эффективность наших энергетических сетей и увеличить производство термоядерной энергии; ускорить прогресс в области квантовых компьютеров; или помогите открыть эру сверхбыстрого транспорта.

Однако в течение нескольких недель, прошедших после этого первого отчета, история сверхпроводника LK-99 была полностью посвящена тому, что происходит в лабораториях, что довольно быстро снизило шумиху. Усилия по воспроизведению и подтверждению поддержали скептиков и предоставили больше ясности относительно того, что такое LK-99, а чем нет.

22 июля физики из Южной Кореи загрузили две статьи в arXiv, хранилище препринтов исследований, которые еще не прошли рецензирование и не были опубликованы в научном журнале. По сути, это похоже на загрузку первого черновика вашей работы. Исследователи заявили, что им удалось создать первый сверхпроводник, работающий при комнатной температуре, с «модифицированной структурой свинца-апатита», легированной медью и получивший название LK-99.

Частью «доказательства», предоставленного командой, было видео, на котором показано, как соединение парит над магнитом, что является ключевой характеристикой сверхпроводящих материалов.

Смелые заявления произвели фурор среди экспертов в этой области.

«Химические вещества очень дешевы, и их несложно производить», — сказал Сяолинь Ван, ученый-материаловед из Университета Вуллонгонга в Австралии. «Вот почему это похоже на ядерную бомбу в обществе».

Но то, что произошло в лаборатории в Южной Корее, было лишь первым шагом на пути к выяснению того, могут ли результаты иметь какое-то практическое значение для технологий и их роли в нашей жизни. Нам нужно было больше данных, и с самого начала были причины для осторожности.

Настоящий сверхпроводник при комнатной температуре был бы событием, достойным помпы. Современные материалы, которые мы используем для проведения электричества, например, медная проводка, подающая энергию в ваш дом, неэффективны. Когда электроны скатываются по проводу, они сталкиваются с атомами материала, выделяя тепло и теряя энергию. Это явление известно как электрическое сопротивление, поэтому до 10% электроэнергии тратится впустую при прохождении по линиям электропередачи в дома. Потеря энергии происходит и в наших электронных устройствах.

Но если бы провода и линии передачи были сделаны из сверхпроводящего материала, эти потери можно было бы практически свести на нет. Электроны образуют пары, проходя через материал, и не так сильно сталкиваются с атомами, что позволяет им течь свободно.

Сверхпроводящие материалы уже существуют и используются в различных приложениях, например, в аппаратах МРТ, по всему миру. Однако для этого требуются чрезвычайно низкие температуры (приближающиеся к абсолютному нулю, около минус 459 градусов по Фаренгейту) или чрезвычайно высокие давления (более 100 000 раз превышающие атмосферное давление).

Тем временем Центрально-Японская железная дорога строит сверхпроводящую систему магнитной левитации для перевозки пассажиров между Токио и Нагоей. Поезд SCMaglev использует резиновые колеса, чтобы развивать скорость около 93 миль в час, прежде чем в дело вступит сверхпроводящая магнитная система. Он должен быть в состоянии развивать скорость 311 миль в час.

Для этого процесса требуется сверхпроводящий ниобий-титановый сплав, который охлаждается до минус 452 градусов по Фаренгейту жидким гелием.

Сверхпроводник комнатной температуры, такой как LK-99, сделал бы эту задачу гораздо более дешевой и означало бы, что нет необходимости накапливать гелий. (Вопреки некоторым опасениям, высказывавшимся в средствах массовой информации в последние несколько лет, гелий у нас не иссякнет в ближайшее время, но он производится лишь в нескольких странах, поэтому проблемы с поставками могут вызвать резкий скачок цен.)