Надпровідник LK-99 працює за кімнатної температури. Що створили вчені та чому це потенційна Нобелівська премія
Корейські дослідники нібито створили перший у світі надпровідник, що працює за кімнатної температури. Це може зумовити створення левітаційних потягів, потужних квантових комп’ютерів та передання електроенергії на необмежену відстань без втрат. SPEKA з’ясовувала, що відомо натепер та чи справді це революційне дослідження.
Що таке надпровідник і навіщо йому кімнатна температура?
Надпровідник — це матеріал, який дозволяє електриці перетікати з одного місця в інше. Ми часто бачимо їх у дротах, що транспортують електроенергію від електростанцій до наших домівок, або у двигунах, освітлювальних приладах чи гаджетах.
Коли електричні прилади працюють, вони часто випромінюють тепло. Ваші телефон та ноутбук перегіріваються через те, що під час роботи частина електроенергії виходить у вигляді тепла. Ця енергія вважається марною, а стається це через опір провідника. Саме з цих причин в електроніці використовують цінні метали на кшталт міді або золота, які мають нижчий опір.
До липня 2023 року надпровідники, які створили вчені, могли працювати лише за надзвичайно низької температури, натомість надпровідник, який би працював за кімнатної температури, повністю змінив би сучасну електроенергетику.
Що відомо про надпровідник LK-99 та відкриття вчених
Підписуйтеся на наші соцмережі
Науковці з Корейського університету Сукбе Лі, Джі-Хун Кім і Янг-Ван Квон 22 липня 2023 року опублікували препринт наукової статті, у якій стверджували, що створили перший у світ надпровідник, що працює за кімнатної температури.
The First Room-Temperature Ambient-Pressure Superconductor:
— AI Breakfast (@AiBreakfast) July 26, 2023
A material called LK-99, a modified-lead apatite crystal structure, achieves superconductivity at room temperature. pic.twitter.com/Xlm90Zabtg
Матеріал, який використовували вчені, має назву LK-99, який нібито зберігає надпровідність навіть за звичайного атмосферного тиску та температури до 127°C.
Детальніше про будову LK-99
Дослідники використовували мінерал під назвою ланаркіт (Pb2(SO4)O) та фосфід міді (Cu3P). Ці дві речовини подрібнюють та додають у співвідношенні 1:1, після чого суміш герметизують у вакуумній кварцовій трубці та нагрівають до 925°C. Формула LK-99 — Pb10-xCux(PO4)6O. Це темний полікристалічний матеріал. Структура дуже схожа на апатит свинцю, але його кристалографічна комірка дещо менша через заміщення окремих атомів свинцю в його решітці атомами міді.
Автори вважають, що модифікована структура їхнього матеріалу створює велику кількість квантових ям між окремими атомами свинцю та сусідніми атомами кисню фосфатних груп (або кажучи науково — надпровідність виникає через невелике спотворення спричинене заміщенням іонів Pb2+(2) іонами Cu2+ в ізоляційній сітці Pb(2)-фосфату). Квантова яма — це шар між двома матеріалами, які мають напівпровідні властивості. Коли частинки, як-от електрони або фотони, потрапляють у цю квантову яму, вони можуть поводитися інакше, ніж у звичайному матеріалі. На практиці це дозволяє створювати пристрої, зокрема лазери або світлодіоди.
Вчені також надали результати кількох проведених досліджень із матеріалом. Він демонструє поведінку, яку повинен мати надпровідник, як-от ефект Мейснера (виштовхування магнітного поля), раптові зміни питомого опору за критичної температури тощо, хоча деякі вчені ще хотіли б побачити вимірювання тепломісткості, якого немає у дослідженні.
Що може означати створення надпровідників кімнатної температури
Якщо доведуть, що надпровідник LK-99 працює, це позитивно вплине на енергетику та розвиток технологій.
Електроенергія, що передається через надпровідник, майже не зазнає опору, тому може транспортуватися на великі відстані дуже ефективно. Це означає, що її потрібно буде виробляти менше, а розміщувати електростанції можна буде фактично будь-де.
У Японії, Південній Кореї та Китаї експериментували з левітаційними потягами або потягами на магнітній подушці. Їхня потенційна швидкість може сягати 1000 км та бути конкурентною авіації. Наразі їхня експлуатація невигідна, адже для роботи їм потрібні складні кріогенні системи охолодження, але надпровідники можуть дозволити поїздам працювати зі значно меншим споживанням енергії.
Важливим буде і вплив на обчислювальні технології. Будь-які дані, що зберігаються на сервері (наприклад, ваші електронні листи), впливають на клімат. Центри обробки даних потрібно постійно охолоджувати, вони споживають величезну кількість електроенергії та виділяють при цьому тепло.
Більшість квантових комп’ютерів працюють за наднизьких температур, що наближаються до абсолютного нуля. Ця вимога є не тільки технічно складною та дорогою, але й обмежує масштабованість систем квантових обчислень. Надпровідники кімнатної температури зможуть забезпечити стабільне та контрольоване середовище для кубітів.
Що кажуть про відкриття надпровідника LK-99 вчені та техноентузіасти
Хімік Дерек Лоу прокоментував відкриття для журналу Science. Він зазначив, що формула та процес виготовлення LK-99 досить простий, а тому вчені зможуть легко повторити його в інших лабораторіях: «Якщо висновки підтвердяться, це справді стане відкриттям, яке змінить світ (а також очевидною миттєвою Нобелівською премією)», — каже вчений.
Водночас, на думку Лоу, можливість LK-99 стати великим промисловим матеріалом досі під сумнівом. Адже щільність струму (його кількість, яка протікає через певну площу) знижується у надпровідників із зростанням температури (у LK-99 цей показник становить 250 mA за температури 25°C і 7 mA за температури 127°C).
Також варто наголосити, що натепер це препринт, а отже, стаття нерецензована та не пройшла перевірку. Роботу одного дослідника Рочестерського університету, який стверджував, що виявив подібний надпровідник у 2021 році, нещодавно відкликали через виявлені помилки та фальсифікацію даних. Вчений використовував набагато складніше обладнання, через що містифікацію було складно виявити.
