Znajdź zawartość

UWAGA: artykuł opisujący te badania został wycofany z Nature w związku z podejrzeniami o manipulowanie danymi. Naukowcy z University of Rochester poinformowali o osiągnięciu nadprzewodnictwa w temperaturze pokojowej. Nadprzewodnictwo to stan, w którym ładunek elektryczny może podróżować przez materiał nie napotykając żadnych oporów. Dotychczas udawało się je osiągnąć albo w niezwykle niskich temperaturach, albo przy gigantycznym ciśnieniu. Gdyby odkrycie się potwierdziło, moglibyśmy realnie myśleć o bezstratnym przesyłaniu energii, niezwykle wydajnych silnikach elektrycznych, lewitujących pociągach czy tanich magnesach do rezonansu magnetycznego i fuzji jądrowej. Jednak w mamy tutaj nie jedną, a dwie łyżki dziegciu. O nadprzewodnictwie wysokotemperaturowym mówi się, gdy zjawisko to zachodzi w temperaturze wyższej niż -196,2 stopni Celsjusza. Dotychczas najwyższą temperaturą, w jakiej obserwowano nadprzewodnictwo przy standardowym ciśnieniu na poziomie morza jest -140 stopni C. Naukowcy z Rochester zaobserwowali nadprzewodnictwo do temperatury 20,6 stopni Celsjusza. Tutaj jednak dochodzimy do pierwszego „ale“. Zjawisko zaobserwowano bowiem przy ciśnieniu 1 gigapaskala (GPa). To około 10 000 razy więcej niż ciśnienie na poziomie morza. Mimo to mamy tutaj do czynienia z olbrzymim postępem. Jeszcze w 2021 roku wszystko, co udało się osiągnąć to nadprzewodnictwo w temperaturze do 13,85 stopni Celsjusza przy ciśnieniu 267 GPa. Drugim problemem jest fakt, że niedawno ta sama grupa naukowa wycofała opublikowany już w Nature artykuł o osiągnięciu wysokotemperaturowego nadprzewodnictwa. Powodem był użycie niestandardowej metody redukcji danych, która została skrytykowana przez środowisko naukowe. Artykuł został poprawiony i obecnie jest sprawdzany przez recenzentów Nature. Profesor Paul Chig Wu Chu, który w latach 80. prowadził przełomowe prace na polu nadprzewodnictwa, ostrożnie podchodzi do wyników z Rochester, ale chwali sam sposób przeprowadzenia eksperymentu. Jeśli wyniki okażą się prawdziwe, to zdecydowanie mamy tutaj do czynienia ze znaczącym postępem, dodaje uczony. Z kolei James Walsh, profesor chemii z University of Massachusetts przypomina, że prowadzenie eksperymentów naukowych w warunkach wysokiego ciśnienia jest bardzo trudne, rodzi to dodatkowe problemy, które nie występują w innych eksperymentach. Stąd też mogą wynikać kontrowersje wokół wcześniejszej pracy grupy z University of Rochester. Ranga Dias, który stoi na czele zespołu badawczego z Rochester zdaje sobie sprawę, że od czasu publikacji poprzedniego artykułu jego zespół jest poddawany bardziej surowej ocenie. Dlatego też prowadzona jest polityka otwartych drzwi. "Każdy może przyjść do naszego laboratorium i obserwować, jak dokonujemy pomiarów. Udostępniliśmy recenzentom wszystkie dane", dodaje. Uczony dodaje, że podczas ponownego zbierania danych na potrzeby poprawionego artykułu współpracowali z przedstawicielami Argonne National Laboratory oraz Brookhaven National Laboratory. Dokonywaliśmy pomiarów w obecności publiczności, zapewnia. Materiał, w którym zaobserwowano nadprzewodnictwo w temperaturze ponad 20 stopni Celsjusza, to wodorek lutetu domieszkowany azotem. Profesor Eva Zurek ze State University of New York mówi, że potrzebne jest niezależne potwierdzenie wyników grupy Diasa. Jeśli jednak okaże się, że są one prawdziwe, uczona uważa, że opracowanie nadprzewodnika ze wzbogaconego azotem wodorku lutetu pracującego w temperaturze pokojowej lub opracowanie technologii nadprzewodzących pracujących przy umiarkowanym ciśnieniu powinno być stosunkowo proste. « powrót do artykułu

Naukowcy z CeNT UW we współpracy z badaczami z Polski, Włoch i Chin jako pierwsi oszacowali temperaturę, w jakiej mogą pracować nadprzewodniki oparte o związki srebra i fluoru. Uzyskana wartość jest bliska 200 K (-73 °C), czyli znacząco więcej niż 135 K (-138 °C) dla dotychczasowych rekordzistów – związków miedzi i tlenu. O badaniach można przeczytać w czasopiśmie Physical Review Materials. Prof. Wojciech Grochala wraz ze swoją grupą badawczą z Centrum Nowych Technologii UW od lat zajmuje się nowymi kandydatami na związki przewodzące prąd elektryczny bez oporu, czyli tzw. nadprzewodniki. Najlepszym z kandydatów jest fluorek srebra(II) (AgF2). Jest on bardzo podobny do nadprzewodników opartych o tlenki miedzi, ale występują też pewne różnice, które uniemożliwiają otrzymanie stanu nadprzewodzącego – tłumaczy prof. Grochala. Jedną z tych różnic jest struktura atomowa – w nadprzewodnikach miedziowych występują płaskie warstwy tlenku miedzi, a powstające dzięki temu silne oddziaływania magnetyczne są uważane za kluczową cechę umożliwiającą nadprzewodnictwo. W strukturze fluorku srebra(II) warstwy srebra i fluoru są jednak pofałdowane, co znacznie zmniejsza siłę oddziaływań magnetycznych – wyjaśnia prof. Haibin Su z Hong Kongu, współpracujący z polskim zespołem. Badacze znaleźli jednak sposób by rozwiązać problem. W publikacji powstałej we współpracy naukowców z Polski, Włoch i Chin, wydanej na łamach czasopisma Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego „Physical Review Materials”, prezentują oni teoretyczny model, w którym otrzymanie płaskich warstw AgF2 jest możliwe poprzez osadzenie ich na stałym podłożu o określonym składzie i strukturze. Wybór odpowiedniego materiału jako podłoża „narzuca” osadzonemu na nim AgF2 płaską geometrię, co sprawia, że oddziaływania magnetyczne są dużo silniejsze, niż w krystalicznym AgF2 – wyjaśnia dr Adam Grzelak z CeNT UW, dodając: W nanotechnologii nazywamy to epitaksjalnym osadzaniem cienkich warstw. Szacujemy, że oddziaływania te będą niemal dwukrotnie silniejsze, niż w tlenkach miedzi, co z kolei ma szanse przełożyć się na półtorakrotnie wyższą temperaturę nadprzewodnictwa – mówi członek zespołu badawczego, prof. José Lorenzana z Włoch. Nakowiec zaznacza, że uzyskana wartość temperatury jest rekordowo wysoka, co umożliwiłoby stosowanie tanich chłodziw do zabezpieczenia działania nowych nadprzewodników. Następnym krokiem będzie weryfikacja tego modelu z użyciem istniejących technik eksperymentalnych. « powrót do artykułu

Naukowcy połączyli ze sobą dwa niemagnetyczne izolatory i odkryli, że miejsce, w którym materiały się stykają zyskało właściwości magnetyczne oraz nadprzewodzące. Zwykle te dwa zjawiska nie występują jednocześnie. Dla Kathryn A. Moler ze Stanford Linear Accelerator Center, która prowadziła badania nad zobrazowaniem wspomnianego zjawiska, odkrycie to otwiera ekscytujące możliwości dla inżynierii nowych materiałów oraz badania współoddziaływań normalnie niekompatybilnych stanów materii. Moler mówi, że teraz naukowcy muszą dowiedzieć się, czy magnetyzm i nadprzewodnictwo jednak występują wspólnie w materiałach, a dotychczas tego nie zauważyliśmy czy też odkryto nowy niezwykły stan nadprzewodnictwa, które wchodzi w interakcje z magnetyzem. Nasze przyszłe badania pokażą, czy zjawiska te się znoszą czy się wspomagają - stwierdziła uczona. Teraz naukowcy rozpoczynają eksperymenty, które mają pokazać, co dzieje się z magnetyzmem i nadrzewodnictwem podczas ściskania użytych przez nich glinianu lantanu i tytanatu strontu lub też poddawaniu ich działaniu pola elektrycznego. To nie pierwsze zdumiewające zjawisko, które zachodzi po połączeniu tych dwóch tlenków. Niedawno informowaliśmy o niezwykle interesującym odkryciu dokonanym przez uczonych z MIT-u i Uniwersytetu w Augsburgu.

Poszukiwanie nadprzewodników pracujących w jak najwyższych temperaturach to olbrzymia gałąź nauki. Marzeniem każdego badacza na tym polu jest wynalezienie materiału oferującego nadprzewodnictwo w temperaturze pokojowej, zamiast w ultraniskich temperaturach. Jednak każdy stopień wyżej to już sukces technologiczny, pozwalający potencjalnie obniżyć koszty funkcjonowania wielu urządzeń. A także, oczywiście, przybliżający nas do zrozumienia tego zjawiska. Odkrycie dokonane przez naukowców z uniwersytetów w Liverpoolu i Durham można chyba określić jako prawdziwy przełom. Otwiera ono drzwi do całkiem nowego podejścia. Cudownym środkiem był znów pierwiastek, który od parunastu lat rewolucjonizuje kolejne dziedziny technologii: węgiel. A dokładnie: fulereny, czyli stworzone z atomów węgla mikroskopijne sfery. Przy wykorzystaniu infrastruktury Europejskiego Ośrodka Synchrotronu Atomowego w Grenoble, a dokładniej urządzeń ISIS oraz Diamond z Rutherford Appleton Laboratory (RAL) stworzyli oni hybrydowy materiał złożony z atomów metali oraz najprostszych fulerenowych kulek C60 (złożonych z sześćdziesięciu atomów węgla, pierwszych, jakie odkryto i najpowszechniejszych). Stworzony materiał ścisnęli, powodując zmiany jego struktury, uzyskując jego nadprzewodnictwo w wysokiej temperaturze. Jak mówi dr Peter Baker, naukowiec operujący urządzeniem ISIS: odkrycie pozwala domniemać, że istnieje pewien ogólny trend w wysokotemperaturowych nadprzewodnikach. To wielki krok naprzód w w zrozumieniu podstaw działania nadprzewodników. Wiedza, jak właściwie funkcjonuje nadprzewodnictwo pozwoliłoby takie materiały tworzyć łatwiej, nadając im określone, pożądane przez nas właściwości. To otwarcie drzwi do nowych zastosowań i bezstratnego przesyłania energii. Przykładowe zastosowanie wynalazku to możliwość udoskonalenia konstrukcji aparatury do funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (MRI). Taki aparat zawiera olbrzymi magnes, który dla zachowania nadprzewodnictwa musi być zanurzony w ciekłym helu, który utrzymuje temperaturę -270 stopni Celsjusza. Możliwość zrezygnowania z drogiego i kłopotliwego chłodzenia bardzo obniżyłaby koszty i zwiększyła dostępność tej diagnostyki. Ważną zaletą odkrycia, co podkreślają autorzy odkrycia Matthew Rosseinsky i Kosmas Prassides, jest możliwość łatwych prac nad różnymi wersjami nowego materiału. Eksperymentowanie z różnymi metalami i związkami metali, różnymi wersjami fulerenów, ciśnieniem i innymi parametrami być może pozwoli nie tylko odkryć lepsze materiały, ale zrozumieć: jak i dlaczego to właściwie działa.

Rozwój elektroniki przebiega od lat w niezwykłym tempie, ale tworzenie kolejnych generacji układów scalonych staje się coraz trudniejsze. Inżynierowie zajmują się przede wszystkim dwoma problemami: zmniejszaniem rozmiaru elementów i redukcją wytwarzanego przez nie ciepła. Tymczasem ilość tzw. odpadowego ciepła zależy od oporu elektrycznego, a ten wzrasta w miarę miniaturyzacji. Przy obecnej skali układów scalonych w ogóle niemożliwe jest użycie metalowych połączeń, bo nagrzewają się tak bardzo, że topią się, niszcząc jednocześnie układ. Niewykluczone, że będzie możliwe rozwiązanie obu tych problemów za jednym zamachem. Stworzenie nadprzewodzącego drutu o szerokości zaledwie jednego nanometra i długości czterech ogłosił prof. Saw-Wai Hla z Ohio University w Atenach (ale Atenach w amerykańskim Ohio). To najmniejszy obecnie stworzony nadprzewodnik, czyli materiał nie posiadający w ogóle oporu elektrycznego, stworzony z czterech par molekuł. Dotychczas sądzono, że efekt nadprzewodnictwa nie jest w ogóle możliwy w tak małej skali. Dokonano tego syntetyzując organiczną sól galu - (BETS)2-GaCl4 - i umieszczając ją na gładkiej, srebrnej powierzchni. Aby zbadać właściwości takiej struktury musiano się posłużyć mikroskopem tunelowym i ochłodzić badaną próbkę do temperatury zaledwie 10 kelvinów. Łańcuchy cząsteczek o długości krótszej niż 50 nanometrów stopniowo traciły właściwości, ale nadprzewodnictwo występowało jeszcze przy długości 3,5 nanometra. To przełom w dziedzinie nadprzewodnictwa, ale zarazem dopiero początek drogi. Prof. Hla zapowiada dalsze badania z udziałem innych soli organicznych, które mogłyby wykazywać podobne cechy w wyższych temperaturach. Odkrycie że nadprzewodnictwo w nanoskali jest w ogóle możliwe, otwiera wg autora badań, nowe horyzonty badań i zastosowań, aż do układów elektronicznych budowanych z pojedynczych organicznych molekuł. Profesor Saw-Wai Hla pracuje w Ohio University od 2001 roku, wraz ze swoim zespołem zajmuje się budową struktur atomowych i nanotechnologią, m.in. półprzewodnikami i manipulacją elementami organicznymi w nanoskali.