Data från röntgenstrålarna gjorde det möjligt för forskare att bygga en modell av materialets kristallstruktur. Upphovsman:Drozdov et al.
Forskare vid University of Chicago är en del av ett internationellt forskargrupp som har upptäckt supraledning - förmågan att leda elektricitet perfekt - vid de högsta temperaturer som någonsin registrerats.
Med hjälp av avancerad teknik vid UChicago-anslutna Argonne National Laboratory, laget studerade en materialklass där de observerade supraledning vid temperaturer på cirka minus 23 grader Celsius (minus 9 grader Fahrenheit, 250 K) - ett hopp på cirka 50 grader jämfört med det tidigare bekräftade rekordet.
Även om supraledningen hände under extremt högt tryck, resultatet utgör fortfarande ett stort steg mot att skapa supraledning vid rumstemperatur - det slutliga målet för forskare att kunna använda detta fenomen för avancerad teknik. Resultaten publicerades 23 maj i tidningen Natur ; Vitali Prakapenka, en forskningsprofessor vid University of Chicago, och Eran Greenberg, en postdoktor vid University of Chicago, är medförfattare till forskningen.
Precis som en koppartråd leder elektricitet bättre än ett gummirör, vissa typer av material är bättre på att bli supraledande, ett tillstånd som definieras av två huvudegenskaper:Materialet ger noll motstånd mot elektrisk ström och kan inte penetreras av magnetfält. De potentiella användningsområdena för detta är lika stora som de är spännande:elektriska ledningar utan att minska strömmar, extremt snabba superdatorer och effektiva magnetiska levitationståg.
Men forskare har tidigare bara kunnat skapa supraledande material när de kyls till extremt kalla temperaturer - till en början minus 240 grader Celsius och mer nyligen cirka 73 grader Celsius. Eftersom sådan kylning är dyr, det har begränsat deras tillämpningar i världen i stort.
Nyligen teoretiska förutsägelser har visat att en ny klass av material av supraledande hydrider kan bana väg för supraledning vid högre temperatur. Forskare vid Max Planck Institute for Chemistry i Tyskland samarbetade med University of Chicago forskare för att skapa ett av dessa material, kallas lantan superhydrider, testa dess supraledning, och bestämma dess struktur och sammansättning.
Forskare bombade ett prov av ett nytt superledande material med röntgenstrålar för att studera dess struktur vid Advanced Photon Source vid Argonne National Laboratory. Röntgenfluorescensen skapar den grönaktiga färgen vid provet (i mitten). Upphovsman:Drozdov et al.
Den enda fångsten var att materialet behövde placeras under extremt högt tryck - mellan 150 och 170 gigapascal, mer än en och en halv miljon gånger trycket vid havsnivån. Endast under dessa högtrycksförhållanden uppvisade materialet-ett litet prov med bara några mikrometer-supraledning vid den nya rekordtemperaturen.
Faktiskt, materialet visade tre av de fyra egenskaper som behövs för att bevisa supraledning:Det tappade sitt elektriska motstånd, minskade sin kritiska temperatur under ett yttre magnetfält och visade en temperaturförändring när vissa element ersattes med olika isotoper. Den fjärde egenskapen, kallad Meissner -effekten, där materialet driver ut eventuellt magnetfält, upptäcktes inte. Det beror på att materialet är så litet att denna effekt inte kunde observeras, sa forskare.
De använde Advanced Photon Source vid Argonne National Laboratory, som ger ultraljus, högenergiröntgenstrålar som har möjliggjort genombrott i allt från bättre batterier till förståelse av jordens djupa inre, att analysera materialet. I experimentet, forskare vid University of Chicago Center for Advanced Radiation Källor pressade ett litet urval av materialet mellan två små diamanter för att utöva det tryck som behövs, använde sedan strållinjens röntgenstrålar för att undersöka dess struktur och sammansättning.
Eftersom temperaturerna som används för att genomföra experimentet ligger inom det normala intervallet på många platser i världen, det gör att det slutliga målet om rumstemperatur - eller minst 0 grader Celsius - verkar inom räckhåll.
Teamet fortsätter redan att samarbeta för att hitta nya material som kan skapa supraledning under rimligare förhållanden.
"Vårt nästa mål är att minska trycket som behövs för att syntetisera prover, att föra den kritiska temperaturen närmare omgivningen, och kanske till och med skapa prover som kan syntetiseras vid höga tryck, men fortfarande supraledning vid normalt tryck, "Sa Prakapenka." Vi fortsätter att söka efter nya och intressanta föreningar som kommer att ge oss nya, och ofta oväntat, upptäckter. "
