asyan.org
добавить свой файл
1

Виявилося, що європій є надпровідником



Серед 92 елементів, що зустрічаються в природі, додайте ще один до списку тих, що є надпровідниками.
James S. Schilling, доктор, професор фізики у вашингтонському університеті Мистецтв та Наук в Сент Луїсі, та Mathew Debessai – його аспірант на той час – виявили, що європій стає надпровідником при 1.8 К (-456F) та тиску 80 ГПа (790,000 атмосфер), що робить його 53 -ім відомим елементом з надпровідними властивостями та 23-ім при високому тиску.

Debessai, який отримав свою докторську ступінь з фізики в Вашингтонському університеті 15 травня 2009 року є зараз докторантом у Вашингтонському Державному Університеті.

"Пройшло сім років з тих пір як був відкритий останній новий елемент-надпровідник", сказав Schilling. "Зробити це все складніше і складніше, тому що залишається все менше елементів у лівій частині таблиці".

Дане відкриття надає багато даних для кращого теоретичного розуміння науковцями явища надпровідності, які могли б призвести до створення надпровідників при кімнатній температурі, і що могло б бути використане для ефективного збереження та передачі енергії.

Дослідження Schilling були підтримані чотирирічним грантом на $500,000 від Національного Наукового Фонду, Підрозділу дослідження матеріалів.

Європій належить до групи елементів, які називають рідкоземельними елементами. Ці елементи є магнітами і тому вони не можуть бути надпровідниками.

"Надпровідність та магнетизм взаємовиключають один одного. Щоб отримати надпровідність ви маєте "вбити" магнетизм", – пояснив Schilling.

Із рідкісних елементів європій є найбільш придатний до втрати магнетизму під впливом високих тисків відповідно до його електронної структури. У чистому вигляді майже всі рідкоземельні елементи є тривалентними, це свідчить про те, що кожен атом вивільняє три електрони для забезпечення електропровідності.

"Однак, коли атоми європію конденсуються до форми твердого тіла лише два електрони на атом звільняються і європій залишається магнітом. Прикладаючи відповідний тиск третій електрон видаляється і європій стає тривалентним. Тривалентний європій немагнітний, і таким чином відкривається можливість для того, щоб він став надпровідником при відповідних умовах", зазначив Schilling.

Schilling використовує алмазну пресувальну чарунку для створення вказаних високих тисків на зразок. Кругла металева прокладка розділяє дві протилежні алмазні (0,17 карат) пуансони з діаметром 0,18 мм. Зразок кладеться в маленький отвір у прокладці між торцями алмазних пуансонів.

Тиск прикладався до зразка за допомогою надування гелієм тороїдоподібної мембрани. Дуже схоже на те як жінка в туфлях з високим каблуком тисне на підлогу з таким же тиском як і слон, тому що вага жінки розподілена на значно меншу площу. Газ гелію під тиском 60 атмосфер створює величезну силу (1,5 тон) на крихітку поверхню зразка і таким чином створюється надзвичайно високі тиски на зразок.

Унікальні електричні та магнітні властивості

Надпровідні матеріали мають унікальні електричні та магнітні властивості. Вони не мають електричного опору і таким чином струм буде протікати крізь нього завжди, до того ж вони є діамагнетиками, це означає що магніт який буде розміщений над ним буде знаходитися у стані левітації.

Ці властивості можуть бути використані для створення потужних магнітів, розробки електромереж, що ефективно транспортують електрику, або створення високоефективних потужних генераторів.

Однак не існує відомих матеріалів які були б надпровідниками при кімнатній температурі та тиску. Усі відомі надпровідні матеріали повинні бути охолоджені до екстремальних температур і/або піддаватися високому тиску.

"При тиску зовнішнього середовища, найбільша температура при якій матеріал стає надпровідним це 134 К (-218 °F). Такий матеріал є комплексним тому що він є сумішшю п’яти різних елементів. Ми не розуміємо чому він має такі чудові надпровідні властивості", сказав Schilling.

Науковці не мають достатніх теоретичних знань, щоб змогти спроектувати комбінацію елементів таким чином, щоб вона стала надпровідником при кімнатній температурі та тиску. Результати Schilling представляють наукову цінність для подальшого вдосконалення існуючих теоретичних моделей надпровідності.

"Теоретично, хімічно чисті речовини відносно прості для розуміння, тому що вони містять атоми лише одного типу", сказав Schilling. "Однак шляхом прикладення тиску ми можемо пристосувати чисті матеріали до нових режимів роботи, в ту область де теорія є достатньо складною для розуміння".

"Коли ми зрозуміємо поведінку елементів у вказаних нових режимах, ми, ймовірно, зможемо зробити його копію шляхом комбінування елементів у різних сумішах так, щоб досягти надпровідності при високих температурах".

Schilling представить результати своїх досліджень на 22 міжнародній конференції Науки та Технології Високих Тисків (яка проводиться раз на два роки) і яка відбудеться у липні 2009 в Токіо (Японія).