Tutkijat onnistuivat kehittämään huoneen­lämmössä suprajohtavan materiaalin - Tiede | HS.fi

Tutkijat onnistuivat kehittämään huoneen­lämmössä suprajohtavan materiaalin

Suprajohtavuus saavutettiin valtavan paineen avulla. Paine on niin kova, että timantitkin murtuvat.

Magneetti leijuu nestemäisen typen avulla jäähdytetyy suprajohteen päällä apulaisprofessori Ranga Diasin laboratoriossa. Toisessa, tuoreessa kokeessa Diasin ryhmä saavutti suprajohtavuuden huoneenlämmössä.­

17.10. 20:49

Fyysikot ovat sata vuotta etsineet ainetta, joka voisi muuttua suprajohtavaksi huoneenlämmössä. Suprajohtavuus tarkoittaa, että sähkö kulkee aineessa täysin häviöttömästi.

Suprajohteilla saadaan aikaan myös erittäin voimakkaita magneettikenttiä ja niitä on pitkään käytetty esimerkiksi magneettikuvauslaitteissa.

Suprajohteilla voidaan myös leijuttaa junia radan yllä niin, että ne pystyvät kulkemaan erittäin lujaa. Tällaisia maglev-junia on tutkittu ja rakennettu jo vuosikymmeniä, ja niitä on Aasiassa jo käytössä.

Nykyiset suprajohteet pitää kuitenkin jäähdyttää lähes absoluuttisen nollapisteen kylmyyteen esimerkiksi nestemäisellä heliumilla, jotta ne toimisivat.

Huoneenlämmössä suprajohtava aine olisi todellinen materiaalitekniikan Graalin malja. Se mullistaisi maailman: esimerkiksi suprajohtavassa sähköverkossa energiaa ei menisi lainkaan harakoille lämpönä.

Nyt sellainen on onnistuttu tekemään.

New Yorkissa sijaitsevan Rochesterin yliopiston apulaisprofessori Ranga Dias ryhmineen onnistui saamaan vedystä, rikistä ja hiilestä koostuvan yhdisteen suprajohtavaksi 15 asteen lämpötilassa.

Löydöksen merkittävyydestä kertoo, että tutkimus on päässyt arvostetun Nature-tiedelehden kansijutuksi.

”Tämä on ensimmäinen kerta, kun voidaan todella sanoa, että huoneenlämmössä toimiva suprajohde on löydetty”, kommentoi teoreettinen fyysikko Ion Errea luonnontieteitä seuraavassa Quanta Magazine -lehdessä.

 Ryhmä rikkoi kymmeniä timanttikärkiä ennen kuin koe onnistui.

Aivan heti ei kuitenkaan päästä tekemään häviöttömiä sähköverkkoja. Vaikka lämpötila on nyt kohdillaan, suprajohtavuuden luominen vaatii aivan hillitöntä painetta.

Diasin ryhmä onnistui nyt tempussa puristamalla pientä ainehippusta kahden timanttikärjen välissä. Tällaisilla timanttipuristimilla saadaan aikaan niin äärimmäinen paine, että aineiden ominaisuudet muuttuvat.

Hiilen, vedyn ja rikin yhdiste alkoi johtaa sähköä vastuksetta, kun se puristettiin yli 250 gigapascalin paineeseen. Tällaisia paineita esiintyy lähinnä planeettojen ytimissä.

Paine on niin kova, että timantitkin murtuvat. Ryhmä rikkoi useita kymmeniä timanttikärkiä ennen kuin koe onnistui. Yksi kärkipari maksaa 2 500 euroa.

”Suurin ongelma tutkimustyössämme on timanttien hinta”, Dias sanoo.

Aiemmissa tutkimuksissa toinen ryhmä on saanut rikkipohjaisen yhdisteen suprajohtavaksi 70 asteen pakkasessa ja viime vuonna lantaanihydridi saatiin suprajohtavaksi 23 pakkasasteessa, niin ikään valtavan paineen avulla.

Diasin ryhmä lähti nyt kokeilemaan erilaisia alkuainecocktaileja selvittääkseen, mikä niistä olisi otollisin.

Keitokseen otettiin rikkiä, koska sillä oli aiemmin saavutettu suprajohtavuus. Sitten lähdettiin säätämään vedyn määrää.

Jos vetyä on liian vähän, se ei toimi niin hyvin, mutta jos sitä on liikaa, suprajohtavuuteen vaaditaan liian kovia paineita. Juuri tässä kokeilussa timanttikärjet ryskyivät halki.

Hiili osoittautui tärkeäksi mausteeksi. Hiili muodostaa vahvoja kovalenttisidoksia ja auttaa pitämään ainetta kasassa. Hiili voisi myös olla ratkaisu siihen, että jatkossa suprajohtavuus saavutettaisiin pienemmällä paineella.

Missään käytännön sovelluksissa ei ainetta voida puristaa satojen gigapascalien prässiin, vaikka aine olisikin huoneenlämmössä suprajohtavaa.

”Ajattelin, että huoneenlämpö olisi jo todella vaikea saavutus, mutta jos saadaan hiiliyhdisteet mukaan, niin uskon että siinä olisi tie eteenpäin”, kommentoi laskennalliseen kemiaan erikoistunut professori Eva Zurek Quanta Magazinelle.

”Lopullinen tavoitteemme on saada suprajohtavuus luotua lähes normaalissa paineessa, jotta aineella olisi käytännön sovelluksia”, apulaisprofessori Dias kertoo The New York Timesille.

Siinä on vielä tekemistä, mutta tutkijat ovat yhtä mieltä siitä, että tärkeä virstanpylväs on nyt saavutettu.

Luitko jo nämä?

Luetuimmat - Auto & Tiede