Russell Hemley, en materialforsker ved George Washington University i Washington, D.C., fortalte en mengde forskere 4. mars på American Physical Society's March-møte.
Bilder lyste opp skjermen bak ham: en skjematisk av en enhet for å knuse bittesmå ting mellom superharde punkter på motsatte diamanter, grafer av temperatur og elektrisk motstand, en glødende ball med en grov, svart "X" skåret over sentrum.
Det siste bildet var legemliggjørelsen av den nye epoken: en liten prøve av lantan-superhydrid (eller LaH10) presset til trykk som tilsvarer de som ble funnet halvveis i jordens kjerne og oppvarmet med en laser til temperaturer som nærmet seg en rask senvintersdag i New England . (Det er brennende varme etter standardene for supraledningsforskning, vanligvis utført i ekstrem laboratoriekulde.) Under disse forholdene, hadde Hemley og teamet funnet, ser det ut til at LaH10 slutter å motstå bevegelse av elektroner mellom atomene. Det blir tilsynelatende, som Hemley kalte det i APS-foredraget hans og i et papir publisert 14. januar i tidsskriftet Physical Review Letters, en "romtemperatur-superleder."
Frosset vitenskap
Tilbake i 1911 oppdaget den nederlandske fysikeren Heike Kamerlingh Onnes at ved ekstremt lave temperaturer har visse stoffer uvanlige elektriske egenskaper.
Under normale omstendigheter vil en elektrisk strøm som går gjennom et ledende materiale (som en kobbertråd) miste litt intensitet underveis. Selv de veldig gode lederne vi bruker i våre elektriske nett er ufullkomne og transporterer ikke all energien fra et kraftverk til stikkontakten. Noen elektroner blir bare borte underveis.
Men superledere er forskjellige. En elektrisk strøm som føres inn i en loop av superledende ledning vil fortsette å sirkle for alltid, uten tap. Superledere driver ut magnetfelt, og skyver derfor kraftig bort magneter. De har applikasjoner innen høyhastighets databehandling og andre teknologier. Problemet er at slags ekstreme lave temperaturer som superledere vanligvis bruker, gjør dem upraktiske for vanlig bruk.
Jakt uten kart
I mer enn et århundre har fysikere jaktet på superledelse i varmere materialer. Men å finne superledelse er litt som å slå gull: Tidligere erfaringer og teorier kan kanskje fortelle deg hvor du skal se etter den, men du vil faktisk ikke vite hvor den er før du gjør det dyre, tidkrevende arbeidet med å sjekke.
"Du har så mange materialer. Du har en enorm plass å utforske," sa Lilia Boeri, fysiker ved Sapienza University of Rome, som presenterte arbeid etter Hemley som utforsket muligheten for at superledere er enda varmere enn LaH10, og forklarte hvorfor materialer som dette er superledende ved ekstreme trykk.
I 1986 avdekket forskere keramikk som var superledende ved temperaturer så høye som 30 grader over absolutt null, eller minus 406 grader Fahrenheit (minus 243 grader celsius). Senere, på 1990-tallet, så forskerne først alvorlig på veldig høyt trykk, for å se om de kan avsløre nye typer superledere.
Men på det tidspunktet, sa Boeri til Live Science, var det fremdeles ikke noen god måte å avgjøre om et materiale skulle vise seg å være superledende, eller ved hvilken temperatur det ville gjøre det, før det ble testet. Som et resultat forble kritiske temperaturregistreringer - temperaturene som superledningsevnen vises - veldig lave.
"Det teoretiske rammeverket var der, men de hadde ikke evnen til å bruke det," sa Boeri.
Det neste store gjennombruddet kom i 2001, da forskere viste at magnesiumdiborid (MgB2) var superledende ved 39 grader over absolutt null, eller minus 389 F (minus 234 C).
"var ganske lav," sa hun, "men den gangen var et stort gjennombrudd, fordi det viste at du kunne ha superledelse med en kritisk temperatur som var dobbelt så høy som det som tidligere ble antatt mulig."
Knusing av hydrogen
Siden den gang har jakten på varme superledere forskjøvet seg på to viktige måter: Materialforskere skjønte at lettere elementer ga fristende muligheter for superledelse. I mellomtiden avanserte datamodeller til det punktet hvor teoretikere på forhånd kunne forutsi nøyaktig hvordan materialer kan oppføre seg under ekstreme omstendigheter.
Fysikere startet på det åpenbare stedet.
"Så du vil bruke lette elementer, og det letteste elementet er hydrogen," sa Boeri. "Men problemet er selve hydrogenet - dette kan ikke gjøres superledende, fordi det er en isolator. Så for å ha en superleder, må du først gjøre det til et metall. Du må gjøre noe for det, og det beste du kan gjøre klemmer det. "
I kjemi er et metall stort sett enhver samling av atomer bundet sammen fordi de sitter i en frittstrømmende suppe med elektron. De fleste materialer som vi kaller metaller, som kobber eller jern, er metalliske ved romtemperatur og ved behagelige atmosfæretrykk. Men andre materialer kan bli metaller i mer ekstreme miljøer.
I teorien er hydrogen en av dem. Men det er et problem.
"Det krever mye høyere trykk enn det som kan gjøres ved bruk av eksisterende teknologi," sa Hemley i foredraget.
Det lar forskere jakte på materialer som inneholder mye hydrogen som vil danne metaller - og forhåpentligvis bli superledende, med oppnåelige trykk.
Akkurat nå, sa Boeri, tilbyr teoretikere som jobber med datamodeller eksperimentelle materialer som kan være superledere. Og eksperimentellene velger de beste alternativene å teste ut.
Det er imidlertid grenser for verdien av disse modellene, sa Hemley. Ikke alle prediksjoner panner ut på laboratoriet.
"Man kan bruke beregninger veldig effektivt i dette arbeidet, men man må gjøre det kritisk og til slutt gi eksperimentelle tester," sa han til den samlede publikum.
Hemley og teamets "romtemperatur superleder", LaH10, ser ut til å være det mest spennende resultatet ennå fra denne nye epoken med forskning. Knust til omtrent 1 million ganger trykket fra jordens atmosfære (200 gigapascals) mellom punktene til to motsatte diamanter, ser en prøve av LaH10 ut til å bli superledende ved 260 grader over absolutt null, eller 8 F (minus 13 C).
En annen kjøring av eksperimentet beskrevet i samme artikkel så ut til å vise superledningsevne ved 280 grader over absolutt null, eller 44 ° C. Det er en kald romtemperatur, men ikke en vanskelig temperatur å oppnå.
Hemley avsluttet foredraget med å antyde at dette veien under høyt trykk kan føre til materialer som er superledere ved både varme temperaturer og normalt trykk. Kanskje et materiale, når det er under trykk, kan forbli en superleder etter at trykket er frigjort, sa han. Eller kanskje kan leksjonene om kjemisk struktur som læres ved høye temperaturer peke veien for superledende lavtrykksstrukturer.
Det ville være en spillveksler, sa Boeri.
"Denne tingen er i utgangspunktet grunnleggende forskning. Den har ingen anvendelse," sa hun. "Men la oss si at du kommer på noe som fungerer under press, si 10 ganger lavere enn nå. Dette åpner for døren til superledende ledninger, andre ting."
På spørsmål om hun regner med å se en romtemperert, romtrykk-superleder i livet, nikket hun entusiastisk.
"Helt sikkert," sa hun.
