Vzácny minerál miassit sa podľa vedcov správa ako nekonvenčný supravodič. V prírode ho objavili pri rieke Miass v Rusku.
Ilustrácia konceptu supravodivosti pri izbovej teplote. Ilustračný obrázok. Zdroj: iStockphoto.com
Supravodič je materiál s výnimočnými elektrickými a magnetickými vlastnosťami. Stav supravodivosti však vieme dosiahnuť iba pri extrémne nízkych teplotách, a preto všetky tieto prístroje vyžadujú ustavičné kryogénne chladenie. Veda neúnavne pátra po materiáli, ktorý by bol supravodivý pri bežnej izbovej teplote.
Množstvo materiálov vytvorených v laboratóriách disponuje vlastnosťami, ktoré pri tých prírodných nenájdeme. Napríklad vysokoteplotná supravodivosť, ktorá sa označuje nekonvenčná, v zlúčeninách oxidu medi sa výrazne líši od supravodivosti kovov a zliatin nachádzajúcich sa v prírode. Nekonvenčná supravodivosť sa vyskytuje aj v iných syntetických zlúčeninách, ako sú supravodiče na báze železa a ťažkých fermiónov.
Prvý nekonvenčný supravodič
Fyzici z Ameského národného laboratória našli dôkazy supravodivosti v syntetických vzorkách Rh17S15, ktorý sa nachádza aj v prírode ako minerál miassit.
Podľa štúdie výskumného tímu uverejnenej v časopise Communication Materials je to vôbec prvý nekonvenčný supravodič. Tento objav je prísľubom pre budúci pokrok v oblasti udržateľných a efektívnych technológií.
Ameské národné laboratórium
Špičkové Ameské národné laboratórium (Ames National Laboratory) patrí pod Ministerstvo energetiky Spojených štátov amerických so sídlom v meste Ames v štáte Iowa a je pridružené k Iowskej štátnej univerzite. Zaoberá sa výskumom v oblasti národnej bezpečnosti, energetiky a životného prostredia.
Princíp supravodivosti
Supravodivosť, schopnosť materiálu viesť elektrický prúd bez energetických strát, zamestnáva vedcov už dlho. Počiatky myšlienky zníženia elektrického odporu pri nízkych teplotách siahajú do druhej polovice 19. storočia. V tom čase škótsky chemik a fyzik James Dewar spolu s Angličanom Johnom Ambrosom Flemingom predpovedali, že pri absolútnej nule bude aj odpor čistých kovov nulový (aj keď Dewar neskôr svoje tvrdenie poopravil s tým, že odpor nezanikne úplne, len sa bude blížiť k nule).
V roku 1911 holandský fyzik Heike Kamerlingh Onnes objavil supravodivosť ortuti. Zistil, že pri teplote 4,2 K (0 K = –273,15 °C, čo je najnižšia možná teplota) odpor náhle klesol k nule.
Od Onnesovho objavu ubehlo viac ako storočie. Dnes supravodivosť využívajú viaceré technológie vrátane diagnostickej metódy MRI (zobrazovanie magnetickou rezonanciou) či kvantových počítačov.
Nekonvenčné supravodiče
Bežné supravodiče sú vedcom známe. Do supravodivého stavu prechádzajú však až pri veľmi nízkych, takzvaných kritických teplotách. Značí to najvyššiu teplotu, pri ktorej sa materiál správa ako supravodič. V súčasnosti sú známe tisíce supravodičov z rôznych materiálových skupín, ani jeden však nie je supravodivý pri izbovej teplote.
Nekonvenčné supravodiče vedci objavili v osemdesiatych rokoch 20. storočia. „Všetky tieto materiály sa pestujú v laboratóriu,“ uviedol výskumník z Ameského národného laboratória Ruslan Prozorov, ktorý sa podieľal na objave supravodivosti miassitu.
Miassit je materiál so zložitým chemickým vzorcom. Podľa Ruslana Prozorova to zvádza k tomu, aby sme si mysleli, „že je to niečo, čo vzniklo zámerne počas cieleného hľadania a v prírode to nemôže existovať. Ukázalo sa však, že existuje“. Pestovanie kryštálov miassitu bolo súčasťou úsilia o objavenie zlúčenín, ktoré sú kombináciou prvkov s veľmi vysokou teplotou topenia, ako je rénium, s tými prchavými.
Pozrite si
Objav miassitu
Vzácny minerál miassit objavili neďaleko rieky Miass v Čeľabinskej oblasti v Rusku. Pestovanie kryštálov miassitu v laboratóriu bolo súčasťou úsilia o prípravu zlúčenín, ktoré kombinujú prvky s veľmi vysokou teplotou topenia, ako je rénium (teplota topenia 3 186 °C), s tými, naopak, prchavými. Rast kryštálov Rh17S15 prebehol za nízkych teplôt s minimálnym tlakom pár. V systéme Rh-S autori výskumu objavili tri nové supravodiče.
Tri testy na určenie supravodivosti
Tím použil tri testy na určenie povahy supravodivosti miassitu. Hlavný test, takzvaná Londonova penetračná hĺbka, skúma, ako ďaleko od povrchu môže slabé magnetické pole preniknúť do hmoty supravodiča.
V bežnom supravodiči je táto dĺžka pri nízkej teplote v podstate konštantná. Pri nekonvenčných supravodičoch sa však lineárne mení s teplotou. Test ukázal, že miassit sa správa ako nekonvenčný supravodič.
Ďalším testom bolo zavedenie defektov do materiálu. Bombardovanie materiálu vysokoenergetickými elektrónmi vyrazí ióny z ich pozícií, čím sa v kryštálovej štruktúre vytvoria poruchy.
Bežné supravodiče nie sú na nemagnetické poruchy citlivé, tie nekonvenčné, naopak, áno. Vnášanie defektov mení kritickú teplotu a ovplyvňuje aj kritické magnetické pole materiálu. Pri miassite sa potvrdilo takéto správanie.
Zdroj: Sci.News, Interesting Engineering, Quark, Wikipedia
(zh)
