圧力硬化により超伝導体の臨界温度が上昇しました

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ビデオ: 史上最高温!15℃での室温で超伝導が実現!? 2023, 1月
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圧力硬化により超伝導体の臨界温度が上昇しました
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ダイヤモンドアンビルを備えたセル内の超伝導体

アメリカと中国の物理学者は、高圧急冷が大気圧での超伝導転移温度を大幅に上昇させる可能性があることを発見しました。このようにして純セレン化鉄では超電導温度が4倍に上昇し、銅をドープしたセレン化鉄では急冷前に存在しなくても大気圧で超電導が現れた。高圧急冷後の超伝導特性は少なくとも1週間続くと、科学者たちは全米科学アカデミーの議事録に書いています。

超伝導とは、臨界温度以下で抵抗がゼロになる物質の能力です。原則として、超伝導状態への遷移温度は非常に低いため、通常の条件下での超伝導の探索は、現代物理学の最も重要なタスクの1つです。現在、科学者たちはなんとか室温に近づいていますが、低温の問題は非常に高い圧力の問題に取って代わられています。したがって、硫化水素は203ケルビンの温度で超伝導体になりますが、これには150ギガパスカルの圧力が必要であり、メタンと硫化水素の混合物の場合、288ケルビン(摂氏15度)の温度では273ギガパスカル(または270万)になります。雰囲気)が必要です。したがって、現在、物理学者の努力は、とりわけ、高温特性を失うことなく圧力を下げる方法を見つけることを目的としています。

今日、産業で使用される材料のほとんどは、通常の条件下で準安定状態にあります。人工ダイヤモンドなどの準安定物質は、極圧、特に温度による急冷によって得られます。この場合、物質はエネルギー障壁を克服し、準安定状態に入ります。この状態では、十分に大きなエネルギーによってそこからノックアウトされるまで、任意の長い時間留まることができます。いくつかの超伝導体(およびいくつかの非超伝導化合物)の強い圧縮により、結晶格子の変化が起こり、それが次に、超伝導状態への転移温度の上昇(または出現)を引き起こします。圧力が取り除かれると、効果は消えます。

Hston大学のLiangziDengが率いる物理学者は、圧力硬化が高圧下で観察された超伝導特性を修正できることを示唆し、純粋および不純物のセレン化鉄の例を使用してこれを実験的に確認しました。

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準安定状態と定常状態の間のエネルギー障壁

彼らの仮説を実際にテストするために、科学者はセレン化鉄FeSeを選択しました:第一に、それはよく研究されており、単純な構造を持っています、そして第二に、その臨界温度は圧力によって大きく異なります(大気圧で9、8ケルビン、9ギガパスカルで37ケルビン) )、そして第三に、セレン化鉄の抵抗の室温での圧力への依存性は、顕著なヒステリシスによって特徴付けられ、これは、記事の著者によれば、準安定状態の形成への希望を与える。著者らは、圧力硬化技術を開発し、セレン化鉄サンプルに適用しました。超伝導体は、ダイヤモンドアンビルを備えたセルに封入され、数ギガパスカルのオーダーの圧力に圧縮され、4、2ケルビンまたは77ケルビンの温度に冷却されました。一定温度で圧力を急激に大気圧に下げました。次に、得られた超伝導体の相の導電率を調べました。

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実験の主な段階

最初の一連の実験では、超伝導体を最初に4、15ギガパスカルの圧力、4、2ケルビンの温度で急冷し、次に300ケルビンまで加熱し、再び急冷温度まで冷却しました。急冷直後に加熱すると、臨界温度は圧力下の温度とほぼ一致し、高温に加熱した後、臨界温度は低下したが、それでも最初の温度よりも高いままであった。後者の効果は、セレン化鉄がその超伝導特性を失う11、27ギガパスカルの圧力での急冷中にも観察されました。同じ測定が77ケルビンという非常に高い急冷温度で実行されました。これにより、前の実験よりも低くなりましたが、転移温度の値はさらに高くなり、11で急冷した後の超伝導は完全に失われました。 、12ギガパスカル。得られた結果から、準安定状態の場合と同様に、急冷相は急冷温度と圧力に依存することがわかります。

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超伝導体の臨界温度の、純粋なFeSeの印加圧力PA(青)と急冷圧力PQ(赤と緑)への依存性

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純粋なFeSeの場合、圧力下(青)および急冷後(他の色、場合によっては青)の相対抵抗と温度の関係。 PQ-硬化後、RT-室温で

クエンチされた相の特性が大気圧での物質の超伝導品質から独立していることを証明するために、物理学者は、最初の一連の測定と同様に、銅をドープしたセレン化鉄について2番目の一連の測定を実行しました。 3、11ギガパスカルの圧力。 6ギガパスカル程度の圧力で急冷した直後、サンプルは超伝導体のままでしたが、加熱すればするほど、超大国を早く失いました。研究者たちはまた、硬化効果が7日間変化しないことを発見しました。

純セレン化鉄に対する圧力硬化の影響をよりよく理解するために、著者らは遷移プロセスをシミュレートし、物質の異なる相間のエネルギー障壁を推定しました。計算により実験結果が確認された。たとえば、斜方晶系の格子相(初期相)と正方晶系(準安定超伝導状態)の間のエネルギー障壁が原子あたり6ミリエレクトロンボルトを超えないという事実により、セレン化鉄は低温で相を変化させるときに超伝導特性をよりよく維持できます。 6ギガパスカルに圧縮するとバリアが2分の1に減少すると、過剰な圧力が加えられたときに、これら2つのフェーズ間の転移温度が低下します。 77ケルビンで11、12ギガパスカルを超えて急冷した後、超伝導がないことについても説明がありました。著者は、室温と大気圧でこのエネルギー障壁を克服できない六角形相への遷移があったと想定しています。

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セレン化鉄の異なる相間のエネルギー障壁

著者らは、開発された圧力硬化法は、最小限の労力で室温の水素化物超伝導体に適合させることができ、超伝導体の工業的使用を容易にするだろうと信じています。

水素化ランタンの高温特性、リチウムとマグネシウムの二重水素化物が摂氏200度で超伝導体を維持する理論的に証明された能力、および放射性高温水素化物超伝導体の発見については、すでに書いています。

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