Superprevodni rekorder pri -70 °C

Nature - Raziskovalci z Inštituta za kemijo Maxa Plancka so še nekoliko dvignili temperaturo, pri kateri je še vedno mogoče opaziti superprevodnost (prevajanje električnega toka brez upornost). Material iz kovinskega vodikovega sulfida je bil superprevoden do temperature 203 K oziroma -70 °C, kar je absolutni svetovni rekord. Manj priročno je dejstvo, da so morali vzorec izpostaviti tlaku 96 gigapaskalov, kar je približno milijonkrat več od zračnega tlaka ob morju. O tem pišejo v zadnji številki Nature.

Gre za nadgradnjo oziroma dokončanje decembrskega članka, ko jim je uspelo priti do temperature -83 °C. Vse to so že te temperature, ki jih je v laboratorijih mogoče trivialno doseči (ponavadi s tekočim dušikom, ki je poceni in ima temperaturo vrelišča -196 °C), pojavljajo pa se celo v naravi na Antarktiki. Milijon atmosfer pa je seveda druga, resnejša omejitev. A vseeno ima zadnji dosežek velik pomen.

Odkrit superprevodnik sodi med tako imenovane klasične superprevodnike, katerih obnašanje moremo pojasniti s teorijo BCS, ki so jo leta 1957 postavili John Bardeen, Leon Cooper in John Robert Schrieffer in petnajst let pozneje zanjo prejeli Nobelovo nagrado. Teorija predpostavlja, da se elektroni, ki so fermioni s polštevilskim spinom in morajo zato zasedati vsak svoje kvantno stanje, združijo v Cooperjeve pare. Takšen skupek ima celoštevilski spin, zato se vede kakor bozon. Vsi se sesedejo v isto, najnižje kvantno stanje. Energijska razlika do naslednjega vzbujenega stanja je tako visoka, da elektroni nimajo dovolj energije za prehod, zato je tudi sipanje na kristalni rešetki in defektih, ki bi spremenilo zasedenost energijskih nivojev, kvantno prepovedan dogodek.

S to teorijo so uspešno popisali prve superprevodnike, ki niso bili nič drugega kakor kovinski elementi periodnega sistema, ohlajeni skoraj na absolutno ničlo. Ko so preiskali celoten periodni sistem in nekatere enostavne spojine, so prišli do 39 K (-234 °C) in magnezijvega diborida. Zato je novoodkriti material izjemno pomemben, saj kaže, da je mogoče superprevodnost po mehanizmu BCS doseči tudi pri bistveno višjih temperaturah, četudi pri višjem tlaku. Drugi tip superprevodnosti, ki se pojavlja v keramikah, je manj razjasnjen. Z njim so dosegli temperature do 133 K (-138 °C), a nikomur ni jasno, zakaj je keramika iz živega srebra, bakra, kalcija, barija in kisika superprevodna. Pravzaprav je pravilneje reči, da je to jasno več ljudem, a ima vsak svojo teorijo.

Vrnimo se k vodikovemu sulfidu, ki ga poznamo kot plin, ki smrdi po gnilih jajcih. Zanimivo je, da raziskovalci še ne vedo točno, katera spojina je odgovorna za superprevodnost. Pri tako visokih tlakih se namreč začno dogajati zanimive stvari, kot je na primer nastanek kovinskih spojin. Kovinski vodik je zelo verjetno superprevoden celo pri sobni temperaturi, a ga še niso uspeli pripraviti. Vodikov sulfid pa je pri doseženem visokem tlaku že v kovinski obliki -- najverjetneje je dejanski superprevodnik eksotična spojina H₃S in ne običajen vodikov sulfid (H₂S).

Če bi odkrili material, ki je superprevoden pri sobni temperaturi, bi imelo to izjemne posledice za družbo. Najbolj očitna prednost bi bil prenos električne energije na razdalje brez izgub, veliko pa bi pridobili tudi v inženirski in znanstveni dejavnosti. Že sedaj je namreč cel kup naprav, ki za delovanje potrebujejo globoko ohlajene superprevodnike - vse te bi bile bistveno cenejše in dostopnejše.