Блог

Jun 29, 2023

Исследователи из Японского университета Токай обнаружили сверхпроводник комнатной температуры с критической температурой, близкой к температуре плавления олова.

Исследователи Университета Токай создали материалы, полученные путем приведения

Исследователи из Университета Токай создали материалы, полученные путем контакта н-алканов с графитом, которые способны проводить электричество практически без потерь энергии при комнатной температуре. Они сообщают, что внезапный скачок сопротивления, свидетельствующий о фазовом переходе, наблюдается в материалах во время нагрева при измерении сопротивления двумя датчиками. Измеренные критические температуры материалов, состоящих из графитовых волокон на основе пека и н-алканов с 7-16 атомами углерода, находятся в диапазоне от 363,08 до 504,24 К (231 Цельсия), а ширина перехода - от 0,15 до 3,01 К. Они также показывают, что сверхпроводники с критическими температурами выше 504 К (231 Цельсия) получают алканы с 16 и более атомами углерода.

Температура плавления по Цельсию

В 1986 году был открыт купратный сверхпроводник (система Ba-La-Cu-O), критическая температура которого превышает предел БКШ (~ 30 К), а затем купратный сверхпроводник (система Y-Ba-Cu-O) с была обнаружена критическая температура выше 77 К. Кроме того, был обнаружен купрат на основе ртути с критической температурой 133 К. 133 К по-прежнему является самой высокой критической температурой обычных сверхпроводников при атмосферном давлении.

Они нашли возможный сверхпроводник при комнатной температуре, полученный путем контакта алканов с графитовыми материалами. Мы показали, что кольцевой ток в кольцеобразном контейнере, в который были спрессованы тонкие графитовые хлопья, пропитанные н-октаном, не затухал в течение 50 дней при комнатной температуре, что позволяет предположить, что материал способен проводить электричество без потерь энергии при комнатной температуре.

Но критические температуры этих материалов не были измерены. Поэтому в этом исследовании они пытаются измерить критическую температуру сверхпроводника комнатной температуры, полученного при контакте алкана с графитовым материалом. Однако, поскольку вышеупомянутый измеряемый материал является неоднородным, четырехзондовый метод не может быть применен для измерения его сопротивления. Причина в том, что существует вероятность того, что путь измерительного тока не обязательно проходит через клемму измерения напряжения в неоднородных материалах, и поэтому даже если разность потенциалов между двумя клеммами измерения напряжения становится нулевой, это не обязательно означает, что сопротивление становится равным нулю.

Таким образом, измерение сопротивления неоднородных материалов четырехзондовым методом вызывает недопонимание. Переход из нормального состояния в сверхпроводящее или из сверхпроводящего в нормально проводящее состояние сопровождается резким изменением сопротивления. Хотя результат, полученный при измерении сопротивления двухзондовым методом, включает в себя контактное сопротивление, внезапный скачок сопротивления при критической температуре можно распознать с помощью двухзондового метода.

Подтверждено, что смесь, полученная при контакте алкана с графитовым материалом, имеет практически нулевое сопротивление при комнатной температуре. Если смесь, полученную при контакте алкана с графитовым материалом, постепенно нагревать от комнатной температуры, то, когда она достигнет критической температуры, сопротивление смеси резко подскочит. В данной работе двухзондовым методом измерены критические температуры смесей графитовых материалов и алканов.

В данном исследовании в качестве графитового материала использовалось графитовое волокно на основе пека. Образец для измерения критической температуры готовили путем упаковки графитового волокна в трубку из политетрафторэтилена (ПТФЭ) и последующего введения в трубку алкана с помощью шприца. Поскольку графитовое волокно на основе пека хрупкое, волокно иногда разбивается на куски при упаковке его в трубку из ПТФЭ. Поэтому сопротивление набитых графитовых волокон на основе пека перед введением алкана в трубку из ПТФЭ имеет широкий диапазон значений.

С помощью двухзондовых измерений сопротивления они наблюдали резкое повышение сопротивления смеси графитовых волокон и алканов, введенных в трубку из ПТФЭ, во время ее нагревания. Это наблюдение показывает, что в смеси графитовых волокон и н-алкана произошел фазовый переход из сверхпроводящего в нормально проводящее состояние. Другими словами, это указывает на то, что смесь графитовых волокон и н-алкана, упакованная в трубку из ПТФЭ, остается сверхпроводящей до тех пор, пока ее сопротивление быстро не возрастет, а температура, при которой сопротивление внезапно возрастает, является критической температурой. Они заметили, что когда графитовые волокна на основе пека упакованы в трубку из ПТФЭ, они могут разбиться на куски в зависимости от того, как они упакованы в трубку. Чем тоньше теграфитовые волокна разрываются, тем выше сопротивление образца перед вводом алкана в трубку из ПТФЭ, заполненную графитовым волокном. Из зависимости между величиной изменения сопротивления при фазовом переходе и критической температурой они обнаружили, что критическая температура снижается по мере измельчения волокна. То есть критическая температура снижается по мере уменьшения отношения поверхности базовой плоскости к поверхности краевой плоскости. Этот факт позволяет предположить, что базисная плоскость играет важную роль в сверхпроводимости. Кроме того, мы обнаружили, что чем больше число атомов углерода в алкане, то есть чем выше температура кипения алкана, тем выше критическая температура. Они продемонстрировали, что сверхпроводники с критическими температурами, превышающими 500 К, можно получить, используя н-алканы, имеющие 16 и более атомов углерода.