_ Cercetătorii dezvoltă „instrument de bază” pentru înțelegere comportamentul supraconductorilor de hidrură la presiune mare

Hidrogenul (ca mulți dintre noi) acționează ciudat sub presiune. Teoria prezice că atunci când este zdrobit de greutatea de peste un milion de ori atmosfera noastră, acest element ușor, abundent, în mod normal gazos, devine mai întâi un metal și, chiar mai ciudat, un supraconductor - un material care conduce electricitatea fără rezistență.

Oamenii de știință au fost dornici să înțeleagă și, în cele din urmă, să exploateze compușii supraconductori bogați în hidrogen, numiți hidruri, pentru aplicații practice - de la trenuri cu levitație la detectoare de particule. Dar studierea comportamentului acestor materiale și a altor materiale sub presiuni enorme și susținute este orice altceva decât practică, iar măsurarea cu precizie a acestor comportamente variază undeva între un coșmar și imposibil.

Așa cum a făcut calculatorul pentru aritmetică, și ChatGPT a făcut-o. pentru a scrie eseuri de cinci paragrafe, cercetătorii de la Harvard cred că au un instrument de bază pentru problema spinoasă a modului de măsurare și imagine a comportamentului supraconductorilor de hidrură la presiune ridicată.

Publicând în Nature, ei raportează că integrează în mod creativ cuantica. senzori într-un dispozitiv standard de inducere a presiunii, permițând citirea directă a proprietăților electrice și magnetice ale materialului sub presiune.

Inovația a venit dintr-o colaborare de lungă durată între profesorul de fizică Norman Yao Ph.D. și profesorul de la Universitatea din Boston și fostul coleg postdoctoral de la Harvard, Christopher Laumann, care împreună au trecut din mediul lor teoretician în considerațiile practice ale măsurării de înaltă presiune în urmă cu câțiva ani.

Modul standard de a studia hidrurile sub presiuni extreme este cu un instrument numit celula de nicovală de diamant, care stoarce o cantitate mică de material între două interfețe de diamant tăiate strălucitor.

Pentru a detecta când o probă a fost strivită suficient pentru a deveni supraconductor, fizicienii caută de obicei o semnătură dublă: o scădere în rezistența electrică la zero, precum și respingerea oricărui câmp magnetic din apropiere, a.k.a. Efectul Meissner. (De aceea un supraconductor ceramic, atunci când este răcit cu azot lichid, va pluti deasupra unui magnet).

Problema constă în captarea acestor detalii. Pentru a aplica presiunea necesară, proba trebuie să fie ținută în loc de o garnitură care distribuie uniform strivirea, apoi închisă într-o cameră. Acest lucru face dificil să „vezi” ce se întâmplă în interior, așa că fizicienii au fost nevoiți să folosească soluții care implică mai multe probe pentru a măsura separat diferite efecte.

„Domeniul hidrurilor supraconductoare a fost puțin controversat, parțial pentru că tehnicile de măsurare la presiuni înalte sunt atât de limitate”, a spus Yao.

„Problema este că nu poți să bagi un senzor sau o sondă înăuntru, pentru că totul este închis și la presiuni foarte mari. . Acest lucru face ca accesarea informațiilor locale din interiorul camerei să fie extrem de dificilă. Ca urmare, nimeni nu a observat cu adevărat semnăturile duble ale supraconductivității într-o singură probă."

Pentru a rezolva problema, cercetătorii au proiectat și au testat o modernizare inteligentă: au integrat un strat subțire de senzori, realizat din defecte naturale în rețeaua cristalină atomică a diamantului, direct pe suprafața nicovalei diamantului. Ei au folosit acești senzori cuantici eficienți, numiți centre de vacanță de azot, pentru a vizualiza regiunile din interiorul camerei în timp ce proba este presurizată și trece în teritoriul supraconductor.

Pentru a-și demonstra conceptul, au lucrat cu hidrură de ceriu, un material cunoscut. pentru a deveni un supraconductor la aproximativ un milion de atmosfere de presiune, sau ceea ce fizicienii numesc regimul megabar.

Noul instrument ar putea ajuta acest domeniu nu numai permițând descoperirea de noi hidruri supraconductoare, ci și permițând accesul mai ușor la acele caracteristici râvnite ale materialelor existente, pentru continuarea studiului.

" Vă puteți imagina că, pentru că acum faceți ceva într-o celulă de nicovală de diamant [vacant de azot] și puteți vedea imediat că „această zonă este acum supraconductivă, această zonă nu este”, ați putea optimiza sinteza și veni cu un mod de a face mostre mult mai bune”, a spus Laumann.

(Fluierul)