Углеродистый гидрид серы - Carbonaceous sulfur hydride

Углеродистый гидрид серы
Идентификаторы
Характеристики
CЧАС8S
Молярная масса52.14 г · моль−1
Если не указано иное, данные для материалов приводятся в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
Ссылки на инфобоксы

Углеродистый гидрид серы это сверхпроводник при комнатной температуре анонсирован в октябре 2020 года. Материал имеет максимальную температура сверхпроводящего перехода 15 ° C (59 ° F) при давлении 267 гигапаскали (ГПа). Это давление, эквивалентное трем четвертям давления в центре Земли.[1] Технический термин «сверхпроводник при комнатной температуре» означает температуры ниже точки плавления льда, а не типичные. комнатная температура. Материал представляет собой не охарактеризованную тройку полигидрид соединение углерод, сера и водород с химической формулой, которая считается CSH8. Измерения при экстремальном давлении затруднены, в частности, элементы слишком легкие для рентгеновского определения кристаллической структуры.[2] Это самый близкий к комнатная температура достигнутая для сверхпроводника с температурой начала почти на 30 ° C выше, чем у предыдущего рекордсмена.[3]

Фон

Основная статья: Сверхпроводник при комнатной температуре

До 1911 г. все известные электрические проводники выставлен электрическое сопротивление, из-за столкновений носителя заряда с атомами в материале. Исследователи обнаружили, что в некоторых материалах при низких температурах носители заряда взаимодействуют с фононы в материале и форме Куперовские пары, как описано Теория BCS. В результате этого процесса образуется сверхпроводник, с нулевым электрическим сопротивлением. При переходе в сверхпроводящее состояние силовые линии магнитного поля вытесняются изнутри материала, что дает возможность Магнитная левитация. Исторически было известно, что этот эффект возникает только при низких температурах, но исследователи потратили десятилетия на попытки найти материал, который мог бы работать при комнатной температуре.[4]

Синтез

Материал тройной полигидрид соединение углерод, сера и водород с химической формулой, которая считается CSH8. По состоянию на октябрь 2020 года молекулярная структура материала остается не охарактеризованной, поскольку экстремальные давления и используемые легкие элементы не подходят для большинства измерений, таких как определение рентгеновских лучей.[2] Материал синтезируется путем сжатия метан (CH4), сероводород (ЧАС2S) и водород (H2) в ячейка с алмазной наковальней и освещение зеленым лазером с длиной волны 532 нм.[2] Исходное соединение углерод и сера синтезируется с соотношением 1: 1 молярное соотношение, сформированные в шарики диаметром менее пяти микрон и помещенные в ячейка с алмазной наковальней. Затем добавляется газообразный водород, система сжимается до 4,0 ГПа и освещается лазером с длиной волны 532 нм в течение нескольких часов. Сообщалось, что кристалл нестабилен при давлении ниже 10 ГПа и может быть разрушен, если оставить его на ночь при комнатной температуре.[2] Исследования этого материала продолжаются, и по состоянию на август 2020 года ученым еще предстоит определить его молекулярную структуру.[1]

Сверхпроводимость

14 октября 2020 года было сообщено, что углеродсодержащий гидрид серы был подтвержден как первый в мире сверхпроводник при комнатной температуре.[1][5][6][7][8][4][9] Сверхпроводящее состояние наблюдалось при температурах до 15 ° C (59 ° F).[10][11] Материал устанавливает новый рекорд для высокотемпературная сверхпроводимость, с температурой перехода почти на 30 ° C (54 ° F) выше, чем у предыдущего рекордсмена.[3] Благодаря высокому сверхпроводящему переходу (15 ° C) это первый известный материал, который не требует охлаждения для перехода в сверхпроводящую фазу.[1] Несмотря на огромный прогресс, сверхпроводящее состояние наблюдается только при очень высоком давлении 267ГПа (38,7 миллиона фунтов на квадратный дюйм), что примерно в миллион раз выше, чем давление в типичной автомобильной шине.[11]

Открытие опубликовано в Природа группой ученых во главе с Ранга Диас от Университет Рочестера.[1][2] В статье опубликованы результаты нескольких разных экспериментов с использованием одного и того же материала. Самый высокий температура сверхпроводящего перехода было обнаружено, что оно составило 287,7 ± 1,2 К (14,6 ± 1,2 ° C; 58,2 ± 2,2 ° F) при давлении 267 ± 10 ГПа (38,7 ± 1,5 миллиона фунтов на квадратный дюйм). Материал был протестирован при нескольких более низких давлениях, и было обнаружено, что при 138 ± 7 ГПа (20,0 ± 1,0 миллиона фунтов на квадратный дюйм) температура перехода снижается до 147 К (-126 ° C; -195 ° F).[2] Кроме того, как и ожидалось от Теория BCS, было обнаружено заметное снижение температуры перехода при приложении внешнего магнитного поля. Ученые обнаружили, что температура перехода была понижена на 22 K (40 ° F) в девятиклеточном режиме.тесла магнитное поле при давлении 267 ГПа.[2]

Рекомендации

  1. ^ а б c d е Сервис, Роберт Ф. (2020-10-16). «Наконец-то достигнута сверхпроводимость при комнатной температуре». Наука. 370 (6514): 273–274. Дои:10.1126 / science.370.6514.273. ISSN  0036-8075. PMID  33060340.
  2. ^ а б c d е ж грамм Снайдер, Эллиот; Дасенброк-Гаммон, Натан; Макбрайд, Раймонд; Дебессай, Мэтью; Виндана, Хиранья; Венкатасами, Кевин; Лоулер, Кейт V .; Саламат, Ашкан; Диас, Ранга П. (15 октября 2020 г.). «Комнатная сверхпроводимость в углеродистом гидриде серы». Природа. 586 (7829): 373–377. Дои:10.1038 / s41586-020-2801-z.
  3. ^ а б «Материал устанавливает рекорд сверхпроводимости». Новости химии и машиностроения. Получено 2020-10-17.
  4. ^ а б Вуд, Чарли. «Впервые достигнута сверхпроводимость при комнатной температуре». Журнал Quanta. Получено 2020-10-16.
  5. ^ Кастельвекки, Давиде (15 октября 2020 г.). «Первый сверхпроводник, работающий при комнатной температуре, волнует и сбивает с толку ученых». Природа. 586 (7829): 349. Дои:10.1038 / d41586-020-02895-0.
  6. ^ Коновер, Эмили (2020-10-14). «Наконец-то найден первый сверхпроводник, работающий при комнатной температуре». Новости науки. Получено 2020-10-16.
  7. ^ Делберт, Кэролайн (2020-10-15). «Впервые ученые открыли сверхпроводник при комнатной температуре». Популярная механика. Получено 2020-10-16.
  8. ^ Чанг, Кеннет (14.10.2020). «Наконец, первый сверхпроводник, работающий при комнатной температуре». Нью-Йорк Таймс. ISSN  0362-4331. Получено 2020-10-16.
  9. ^ Рочестер, Университет (2020-10-14). ""Святой Грааль «В поисках более века: исследователи синтезируют сверхпроводящий материал при комнатной температуре». SciTechDaily. Получено 2020-10-16.
  10. ^ Джонстон, Хэмиш (14 октября 2020 г.). «Сверхпроводимость выдерживает до 15 ° C в материалах высокого давления». Мир физики. Получено 15 октября 2020.
  11. ^ а б Ринкон, Пол (2020-10-15). «Сверхпроводники: материал вселяет надежду на энергетическую революцию». Новости BBC. Получено 2020-10-16.