Стоковые изображения от Depositphotos
Сверхпроводящие катушки аппарата МРТ
Сверхпроводящие материалы обладают нулевым электрическим сопротивлением и потому способны пропускать через себя ток без потерь. Именно сопротивление заставляет электроприборы греться, а лампы накаливания — светиться и перегорать. Изначально считалось, что добиться нулевого сопротивления можно лишь при температуре жидкого гелия, но к началу XXI века рабочую температуру серийных сверхпроводников удалось поднять до температуры кипения жидкого азота (-196 °C).
Некоторые материалы сохраняют сверхпроводящее состояние при нагреве до -20 °C, но при этом требуют давления в миллионы атмосфер. Криогенное оборудование, как и устройства для поддержания высокого давления, стоит дорого и занимает много места. Поэтому сверхпроводники используют лишь там, где нельзя обойтись обычной медью: например, в мощных магнитах аппаратов МРТ или в ускорителях элементарных частиц.
Материал, описанный корейскими учеными под руководством Ли Сукбэ из Центра исследований квантовой энергии (QSERF), сохраняет свойства сверхпроводника при нормальном атмосферном давлении и температуре 125 °C. Это означает, что его можно использовать как обычный провод без холодильных установок. В первой статье описан метод получения сверхпроводника — сложного соединения оксида и фосфата свинца, которое описывается химической формулой Pb10-xCux(PO4)6O. Изготовить новый материал очень просто, а в качестве сырья используются дешевые материалы: оксид свинца, сульфат свинца, медь и фосфор. Во второй статье ученые описывают обычный для физиков трюк: как созданные ими из нового материала сверхпроводящие магниты левитируют.
Магнитная левитация
Создать способный работать в нормальных условиях сверхпроводник — это конечная цель целого направления физики, а влияние подобного провода на жизнь можно сравнить с гипотетической универсальной вакциной от рака. Например, сверхпроводящие ЛЭП способны передавать ток на любое расстояние без потерь, которые в современных сетях измеряются десятками процентов. Сверхпроводящие электродвигатели и генераторы намного меньше в размерах, чем такие же по мощности, но из меди.
Летающим поездам на магнитной подушке (маглевам) также требуются мощные сверхпроводящие магниты. Если они избавятся от охладителей, маглев-линии станут гораздо дешевле и проще. Тоже самое касается аппаратов МРТ — мобильные томографы без сверхпроводниковых компонентов по размерам похожи на тумбочку и намного дешевле полноразмерных, но не позволяют получить качественное изображение. Удобный и дешевый сверхпроводящий магнит требуется и исследователям элементарных частиц — для постройки мощных ускорителей вроде Большого адронного коллайдера.
Препринт статей Ли Сукбэ и его коллег пока не прошел рецензирование ни в одном научном журнале и был выложен в открытый доступ на arXiv.org. До этой публикации авторы не были известны в научном мире, что смутило многих коллег-ученых — эпохальное открытие появилось из ниоткуда и в соавторах нет ни одного профессора.
Открытием корейских ученых заинтересовались в Физическом институте имени П.Н. Лебедева РАН (ФИАН). Российские физики восприняли препринт с большим скепсисом — по их мнению, он полон странностей и несостыковок.
Например, подозрительно, по их мнению, выглядит график вольт-амперных характеристик. У каждого сверхпроводника есть предельная сила тока, выражаемая в амперах. Когда она выходит за предельные значения, в материале возникает сопротивление. Это происходит постепенно — чем сильнее ток, тем большее сопротивление приобретает проводник.
«На рисунке 6а видно, что переход слишком резкий, и материал утрачивает свойства сверхпроводника скачком, а не плавно. Я видел вольт-амперные характеристики множества сверхпроводников, и столь резких скачков у них не бывает, график должен плавно идти вверх. При этом никакого объяснения этому явлению в статье нет», — рассказал «Газете.Ru» Кирилл Перваков, научный сотрудник Центра высокотемпературной сверхпроводимости и квантовых материалов им. В.Л. Гинзбурга ФИАН.
Вольт-амперные характеристики нового материала (6a) — виден резкий скачок на два порядка
Куда более серьезные претензии у российских специалистов к описанию химической реакции. В статье указано, что сульфат-оксид свинца PbSO4·PbO реагирует с фосфидом меди Cu3P. Мелкие цифры означают количество атомов вещества, и видно, что меди в три раза больше, чем фосфора. «X» в исходной указанной форме примерно равен 1, то есть, для простоты восприятия ее можно записать как (Pb10-1Cu1(PO4)6O. Получается, что в этом соединении фосфора в 6 раз больше, чем меди. Это противоречит закону сохранения вещества — в ходе реакции обязаны сохраняться исходные пропорции атомов разных веществ. Ошибка была также найдена в электронном балансе реакции.
«Либо они используют другие исходные компоненты, либо сверхпроводящий материал имеет другой состав, отличный от написанного. Может быть, они неверно описали реально существующую реакцию, но что мы в таком случае обсуждаем, и можно ли назвать это научной статьей?», — пояснил Перваков.
Наконец, высокотемпературные сверхпроводники как правило имеют тетрагональную или кубическую кристаллическая решетку, в то время как созданный корейцами материал — гексагональную.
В институте попробуют повторить опыт Ли Сукбэ и его коллег, причем двумя путями. Российские ученые считают описанную химическую реакцию абсурдной. Поэтому в одном эксперименте они возьмут те же исходные компоненты и проведут синтез по описанному методу, а в другом — получат заявленный материал из подходящего для этого сырья, для чего реакцию придется сильно модифицировать. После этого физики попробуют выяснить про каждый из двух материалов, действительно ли его сопротивление равно нулю. Реакция занимает не один день, так что первые результаты будут готовы к середине следующей недели.
По сообщению сайта Газета.ru