Кіріспе
0 °C жоғары температурада суперөткізгіштік көрсететін материал. Бөлме температурасындағы суперөткізгіш – бұл күнделікті жағдайда кездесетін температурадан жоғары температурада суперөткізгіштік көрсете алатын гипотетикалық материал. 2023 жылға дейін ең жоғары қабылданған суперөткізгіш температурасы жоғары қысымдағы лантан декагидридіне тиесілі болды, оның өтпе температурасы шамамен 200 ГПа-да анықталды. Уақыт өте келе зерттеушілер бұрын күтпеген немесе мүмкін емес деп саналған температураларда суперөткізгіштікке жиі кездесіп, бөлме температурасында суперөткізгіштікке қол жеткізу мүмкін емес деген пікірге қарсы шықты. "Бөлме температурасына жақын" уақытша әсерлер туралы мәселе 1950 жылдардың басынан бері талқыланып келеді.
A room temperature superconductor is a hypothetical material capable of displaying superconductivity at temperatures above , which are commonly encountered in everyday settings. As of 2023, the material with the highest accepted superconducting temperature was highly pressurized lanthanum decahydride, whose transition temperature is approximately at 200 GPa. Over time, researchers have consistently encountered superconductivity at temperatures previously considered unexpected or impossible, challenging the notion that achieving superconductivity at room temperature was infeasible. The concept of "near room temperature" transient effects has been a subject of discussion since the early 1950s.
Маңыздылығы
Бөлме температурасындағы суперөткізгіштің табылуы зор технологиялық маңызға ие болар еді. Ол жаһандық энергия мәселелерін шешуге, есептеу жылдамдығын арттыруға, жаңартқыш жад сақтау құрылғыларын жасауға, және өте жоғары сезімтал сенсорларды құруға, сондай-ақ көптеген басқа да мүмкіндіктерге жол ашар еді.
Есептер
Жоғары температуралы суперөткізгіштердің ("жоғары" температурасы сұйық азоттың қайнау нүктесінен жоғары) табылуынан бері, бірнеше материалдар бөлме температурасында суперөткізгіштер екені туралы мәлімделді, бірақ бұл әлі расталмады.
Жақсы дәлелденген зерттеулер
2014 жылы Nature журналында жарияланған мақалада кейбір материалдар, әсіресе YBCO (иттрий барий мыс оксиді), инфрақызыл лазерлік импульстерді пайдалану арқылы бөлме температурасында қысқа мерзімге суперөткізгіштікке қол жеткізе алатыны көрсетілген. 2015 жылы Nature журналында Отто Хан институтының зерттеушілері жариялаған мақалада, экстремалды қысым сияқты белгілі бір жағдайларда алмасты дәнекерлі ұяшықта 150 ГПа (атмосфералық қысымнан 1,5 миллион есе жоғары) қысымда суперөткізгіш күйге өтетіні айтылған. Критикалық температура бұл жағдайда бұрын тіркелген ең жоғары Tc болар еді, ал зерттеушілердің пікірінше, басқа да сутегі қосылыстары одан да жоғары температурада суперөткізгіштікке ие болуы мүмкін. 2018 жылы зерттеушілер лантан декагидридінде 200 ГПа қысымда мүмкін болатын суперөткізгіш фазаны байқады. 2019 жылы ең жоғары суперөткізгіш температураға ие материал – жоғары қысымдағы лантан декагидриді болды, оның өту температурасы шамамен .
Also in 2018, researchers noted a possible superconducting phase at in lanthanum decahydride at elevated (200 GPa) pressure. In 2019, the material with the highest accepted superconducting temperature was highly pressurized lanthanum decahydride, whose transition temperature is approximately .
Қосалқы емес зерттеулер
1993 және 1997 жылдары Мишель Лагуес және оның командасы BiSrCaCuO-ның MBE арқылы жатқан ультражұқа наноқұрылымдарында бөлме температурасында байқалатын суперөткізгіштіктің дәлелдерін жариялады. Бұл қосылыстар өте төмен кедергіге ие, мысқа қарағанда әлдеқайда төмен, күшті сызықтық емес I(V) сипаттамаларымен және гистерезистік I(V) мінез-құлқымен сипатталады. 2000 жылы иондық имплантация жұмыстары кезінде алмастан электрондарды алу барысында Йохан Принс 10−6 мбар вакуумда оттегімен қоспаланған тип IIa алмастардың бетінде пайда болған фазада бөлме температурасында суперөткізгіштік ретінде түсіндірілетін құбылысты байқағанын мәлімдеді. 2003 жылы зерттеушілер тобы палладий гидридінің (PdHx: x > 1) жоғары температуралық суперөткізгіштігі туралы нәтижелерді жариялады, ал 2004 жылы оны түсіндірді. 2007 жылы сол топ палладий кристалдық торшасындағы сутегінің тығыздығы артаған сайын 260 К суперөткізгіштікке өту температурасының жоғарылайтынын көрсететін нәтижелерді жариялады. Бұл басқа топтармен расталмады. 2021 жылдың наурыз айында 262 К температурада және 187 ГПа қысымда қабатталған иттрий-палладий гидронында суперөткізгіштік байқалғаны туралы хабарланды. Палладий материалда сутегінің қозғалысын катализдеуші ретінде әрекет ете алады. 2023 жылдың 23 шілдесінде корейлік команда Cu қоспасы бар қорғасын апатитін, оны LK 99 деп атады, 370 К-қа дейін суперөткізгіш екенін мәлімдеді, бірақ олар оны толыққанды байқамаған. Олар arXiv-қа екі мақаланы алдын ала жариялады, журналда мақала шығарды және патентке өтініш берді. Сарапшылар суперөткізгіштіктің нақты белгілерінің болмауына байланысты хабарланған байқауларға күмәнмен қарады. Бұл оқиға әлеуметтік желілерде кеңінен талқыланды, көптеген қайталау әрекеттеріне әкелді, бірақ олардың ешқайсысы да толыққанды сәттілікке қол жеткізе алмады. Тамыздың ортасына қарай ірі зертханалардан шыққан бірқатар мақалалар LK 99 суперөткізгіш емес екенін көрсететін маңызды дәлелдер ұсынды, кедергінің мысқа қарағанда әлдеқайда жоғары екенін анықтады және материалдағы қоспалар мен ферромагнетизм есебінен байқалған магниттік жауап пен кедергінің төмендеуін түсіндірді. 2023 жылдың 31 желтоқсанында "Advanced Quantum Technologies" журналында "Графиттегі жаһандық бөлме температуралық суперөткізгіштік" атты мақала жарияланды, онда жоғары бағдарланған пиролиттік графитте, параллель сызықтық ақаулардың тығыз массивтерімен бөлме температурасында және атмосфералық қысымда суперөткізгіштік көрсетілгені туралы мәлімделді.
Қайта қаралған немесе сенімді емес зерттеулер
2012 жылы Advanced Materials журналында графит ұнтағының таза сумен өңделгеннен кейін 300 К және одан жоғары температурада суперөткізгіштік қасиеттер танытқаны туралы хабарланды. Осы уақытқа дейін авторлар нақты Мейснер фазасының пайда болуын және материалдың кедергісінің жоғалуын көрсетуге қол жеткізген жоқ. 2018 жылы Бангалор қаласындағы Үндістан ғылым институтының қатты дене және құрылымдық химия бөлімінің Дев Кумар Тапа мен Аншу Пандей алтын матрицасына енген күміс бөлшектерінен тұратын наноқұрылымды материалдың пленкалары мен түйіршіктерінде бөлме температурасы мен нормаль қысымда суперөткізгіштік байқалғанын мәлімдеді. Нәтижелерге күмән тудырған факторлар: дербес деп есептелген графиктердегі ұқсас шу үлгілері және жарияланымның рецензиялық бағалаудан өтпегені. Зерттеушілер 2019 жылы жарық көрген келесі мақаласында осы нәтижелерді қайталады, бірақ бұл мәлімдеме әлі расталған жоқ. 2016 жылдан бері Ранга П. Диас басқаратын команда осы салада бірнеше қайтарылып алынған немесе сынға ұшыраған мақалалар жариялады. 2016 жылы олар қатты металл сутегін байқағанын хабарлады. 2020 жылдың қазан айында олар көміртекті күкірт гидридінің 267 ГПа қысымда 288 К (15 °С) температурада суперөткізгіштік танытқанын, оның жасыл лазер сәулесі арқылы кристалдануына түрткі болғанын мәлімдеді. 2022 жылы олардың статистикалық әдістеріндегі қателер анықталғаннан кейін және басқа деректерге күмән тудырғаннан кейін бұл жарияланым қайтарылып алынды. 2023 жылы ол азот қосылған лютеций гидридінің 294 К және 1 ГПа қысымда суперөткізгіштік танытқанын хабарлады, бірақ бұл мақала оның әдістері мен деректеріне қатысты күмәнмен күшін жойды. Кейін 2023 жылы ол өзінің диссертациясының бөлігін басқа біреудің жұмысынан плагиаттағаны және манганий дисульфиді туралы мақаласында деректерді бұрмалағаны анықталды, нәтижесінде бұл мақала да қайтарылып алынды. Лютеций гидриді туралы мақала да қайта қарастырылып жатыр. Осы нәтижелерді қайталауға жасалған алғашқы әрекеттер сәтсіз аяқталды.
Металл сутегі мен фонондық аралас жұптасу
Британдық физик Нил Эшкрофттың теориялық жұмысы, қатты металл сутегінің өте жоғары қысымда (~500 ГПа) шамамен бөлме температурасындағы күйінде суперөткізгішке айналуы мүмкін екенін болжады. Бұл болжам, оның өте жоғары дыбыс жылдамдығымен және өткізгіш электрондар мен кристалдық тордың тербеліс фонондары арасындағы күшті байланыс күтілуімен байланысты. Гарвард университетінің ғалымдары металл сутегін жасағандарын мәлімдеді және қысымның 495 ГПа құрайтынын хабарлады. Нақты сындық температура әлі анықталмағанмен, бастапқы магнитометрлік сынақтарда жоғалған алғашқы үлгіде 250 К температурада әлсіз Мейснер эффектісінің және магниттік қабылдағыштықтағы өзгерістердің белгілері байқалған болуы мүмкін. Француздық командалар бриллианттың ұшындағы жазық пішіндегі орналасқан емес, донат тәрізді пішіндермен жұмыс істеп жатыр.
Органикалық полимерлер және экситондық аралас жұптастыру
1964 жылы Уильям А. Литтл органикалық полимерлерде жоғары температуралық суперөткізгіштік болу мүмкіндігін айтты.
Қалған гидридтер
2004 жылы Эшкрофт өзінің идеясына қайта оралып, сутегіге бай қосылыстардың сутегіден төмен қысымда металлға айналып, суперөткізгіш болуы мүмкін екенін ұсынды. Ол IVa гидридтерін зерттеу арқылы сутегін химиялық жолмен алдын ала қысыстырудың жаңа тәсілін ұсынды. 2014–2015 жылдары күкірт гидрид жүйесінде (H2S немесе H3S) 190 К-тан 203 К-қа дейінгі температурада, 200 ГПа-ға дейінгі қысымда дәстүрлі суперөткізгіштік байқалды. 2016 жылы зерттеулер палладий гидридінің құрамындағы күкірт нанобөлшектерінің шағын қоспаларының кейбір тәжірибелерде байқалған аномальды өткінші кедергінің күрт төмендеуіне ықтимал түсіндірме екенін көрсетті. Сондай-ақ, 2015 жылғы нәтижелерге сүйене отырып, купраттардың сутекті сіңіруі де осы құбылыстың себебі болуы мүмкін екені ұсынылды, бұл 1990 жылдары Чу және әріптестері YBCO ашқаннан кейінгі зерттеулерде байқалған "USO" деп аталатын өткінші кедергінің күрт төмендеуін түсіндіруге көмектеседі. (Скандий додекагидриді) бөлме температурасында – Tc (критикалық температура) мен арасында, 100 ГПа-дан аспайтын қысымда суперөткізгіштік көрсетеді деп болжанады. Қазіргі уақытта зерттеулер үштік супергидридтерге қарай бағытталған, онда (билитий магний гексадекагидриді) 250 ГПа қысымда Tc (критикалық температура) болатыны күтілуде.
Спиндік жалғау
Егер биполарондық түсіндірме дұрыс болса, тордың ішіндегі бір жазықтықта кезектесіп спиндік байланыстың белгілі бір деңгейінен асып кеткен жағдайда, әдетте жартылай өткізгіш материал кейбір жағдайларда суперөткізгішке айналуы мүмкін; мұндай жағдай 1986 жылғы алғашқы тәжірибелерде тіркелген болуы мүмкін. Бұл жағдайда ең жақсы салыстыру – анизотроптық магниттегі қарсылық, бірақ нәтижесі, сынақтан өткен қосылыстар үшін "қайта кіретін суперөткізгіштікке" ұқсас тар температуралық диапазон ішіндегі азаю емес, нөлге дейін төмендеу болады. 2018 жылы YPtBi материалындағы электрондардың аномальды 3/2 спиндік күйлеріне дәлелдер табылды. YPtBi салыстырмалы түрде төмен температурада суперөткізгіштікке ие болғанымен, бұл суперөткізгіштер жасаудың тағы бір жолын көрсетеді.