Учёные из России первыми обнаружили температуру, которая превращает в сверхпроводник углеродные трубки. Также был найден способ её увеличения. Данное открытие может способствовать развитию сверхпроводящих материалов по всему миру. Научный журнал Carbon опубликовал все детали работы специалистов Уральского федерального университета совместно с учёными из МГУ.
Графическое представление углеродной нанотрубки.
Сверхпроводимостью называют способность некоторых веществ пропускать через себя заряды тока с очень малыми потерями. Материалы, работающие на основе этого свойства, используются по всей планете: линии электропередач, приборы для измерения магнитных полей, поезда, передвигающиеся на магнитных подушках и многие другие. Главным минусом сверхпроводимости является то, что её возможно обнаружить только при температуре равной абсолютному нулю (-273 ⁰C). Проявление этого свойства при показателях в -270 C является уникальным достижением.
Первоначально исследователей заинтересовал сам углерод, который благодаря своим свойствам может создавать тонкие листы размером в один атом. Скручивание таких однослойных листов в трубочку, привело к открытию односторонних углеродных нанотрубок. Полученные образования имели массу положительных качеств: прочность соединения, необычное преломление света, а также большой потенциал применения в электроники и биомедицине. Проводимость электричества с помощью нанотрубки процесс тяжёлый и зависимый друг от друга. Чтобы достичь положительного результата, нужно следить за ориентацией атомов углерода, веществом, находящимся внутри трубки, а также учитывать атомы других элементов, которые присоединены дополнительно.
Современные учёные отмечают перспективность развития одностенных нанотрубок в качестве сверхпроводников. Из-за маленького диаметра в 4 ангстрема, такие трубки схожи с одномерными материалами. Основными механизмами проводимости тока являются куперовские электроны, которые проявляются в нанотрубках при температуре близкой к абсолютному нулю. Но при нагревании, тонкие структуры нанотрубок блокируют прохождение куперовских электронов, вследствие чего сверхпроводимость теряется.
Руководитель научной лаборатории Уральского Университета Анатолий Зацепин отмечает, что они поставили перед собой цель модифицировать одномерную структуру и повысить температурный предел сверхпроводящего перехода.
Решение было найдено довольно быстро. Оказывается, при укладке углеродных трубок в несколько рядов электроны Купера стабилизируются и начинают проводить ток. Но такой эксперимент давал положительный результат только при температуре, не превышающей 15 градусов выше нуля. После чего сверхпроводимость снова исчезала.
Для решения новой проблемы были приглашены лучшие физики России.
Их умами был придуман провод из поочерёдно стоявших атомов углерода, толщиной в один атом. Его поместили внутрь углеродистой трубки. Новое изобретение никак не контактировало с атомами нанотрубки, а лишь изменяло её геометрию. При этом труба начинала сжиматься и изгибаться.
После того, как учёные УрФу поменяли внутреннею структуру углеродной цепочки на зигзагообразную, температура в нанотрубки поднялась на 45 C. Это был рекорд сверхпроводимости, который был получен искусственным путём. Чтобы добиться такого успеха, математики проделали колоссальную работу и просчитали все углы зигзагов вручную. Их показания оказались верными.
По словам соавтора работы Чи Хо Вонга, c 2001 года изучение трубок продвигалось очень медленно. Никто не мог правильно рассчитать температуру сверхпроводимости углеродистой нанотрубки. Прорыв был осуществлен только в 2017 году. Вставленная углеродистая цепочка внутрь нанотрубок, помогла узнать, как данная технология будет влиять на сверхпроводимость.
Гарантия
Сервис
Подбор
Госзакупки
