มีการสังเกตสภาพตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงถึง 15 °C ในวัสดุที่อุดมด้วยไฮโดรเจนภายใต้ความกดดันมหาศาล ซึ่งทำลายสถิติอุณหภูมิสูงก่อนหน้านี้ประมาณ 35 องศา วัสดุ ผลิตและศึกษาและเพื่อนร่วมงาน ในสหรัฐอเมริกา ซึ่งกล่าวว่าอาจเป็นไปได้ที่จะลดความดันที่จำเป็นเพื่อให้ได้ตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องโดยการเปลี่ยน เคมีของวัสดุ ตัวนำยิ่งยวดนำกระแสไฟฟ้าโดยไม่มีความต้านทานไฟฟ้า
และมีการ
ใช้งานที่หลากหลายตั้งแต่แม่เหล็กสนามสูงที่ใช้ในเครื่องสแกน MRI และเครื่องเร่งอนุภาคไปจนถึงควอนตัมบิตที่ใช้ในคอมพิวเตอร์ควอนตัม ทุกวันนี้ อุปกรณ์ที่ใช้ได้จริงซึ่งใช้ตัวนำยิ่งยวดต้องแช่เย็นจนถึงอุณหภูมิที่เย็นจัด ซึ่งมีค่าใช้จ่ายสูงและอาจเกี่ยวข้องกับการใช้ฮีเลียม ซึ่งเป็นทรัพยากรธรรมชาติที่มีอยู่
อย่างจำกัด ดังนั้น เป้าหมายอันยาวนานของนักฟิสิกส์สสารควบแน่นคือการพัฒนาวัสดุที่เป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้อง ในปี 2015 และเพื่อนร่วมงานในประเทศเยอรมนี ทั้งสองแห่งได้ค้นพบความก้าวหน้าครั้งยิ่งใหญ่เมื่อพวกเขาสังเกตเห็นตัวนำยิ่งยวดที่ 203 K (–70 °C) ในตัวอย่างไฮโดรเจนซัลไฟด์
ที่ประมาณ 1.5 ล้านเท่าของความดันบรรยากาศ สถิติใหม่นี้เป็นก้าวกระโดดครั้งใหญ่ในการแสวงหาตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องและเสริมการคาดการณ์ทางทฤษฎีว่าวัสดุที่อุดมด้วยไฮโดรเจนสามารถนำเสนอแนวทางต่อไปได้ อันที่จริง สถานะโลหะของไฮโดรเจน ซึ่งคาดว่าจะเกิดขึ้นที่ความดันสูงมาก
และยังไม่มีลักษณะสมบูรณ์ คาดว่าจะเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้อง วันฤดูหนาวในไซบีเรียในช่วงต้นปี 2019 ในสหรัฐอเมริกาได้รายงานตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงถึงประมาณ –20 °C ซึ่งเป็นอุณหภูมิปกติในฤดูหนาวในพื้นที่กว้างใหญ่ของรัสเซียและแคนาดา ตอนนี้ และเพื่อนร่วมงานได้เพิ่มอุณหภูมินี้
ขึ้นเป็น 15 °C ซึ่งบังเอิญเป็นอุณหภูมิพื้นผิวโลกโดยเฉลี่ย พวกเขาทำได้โดยการเติมคาร์บอนลงในไฮโดรเจนซัลไฟด์ ซึ่งทำโดยการผสมมีเทนและไฮโดรเจนซัลไฟด์เข้าด้วยกันในกระบวนการโฟโตเคมีคอล Dias บอกกับPhysics Worldว่าส่วนหนึ่งของความสำเร็จของทีมมาจากความแม่นยำ
ของเทคนิค
การสังเคราะห์ของพวกเขา ซึ่งทำได้โดยใช้แรงดันที่ค่อนข้างต่ำ “[กระบวนการโฟโตเคมีคอล] มีความสำคัญอย่างยิ่งในการแนะนำมีเธนและไฮโดรเจนซัลไฟด์ในวัสดุตั้งต้น ซึ่งช่วยให้มีปริมาณไฮโดรเจนที่ ‘เหมาะสม’ ซึ่งจำเป็นสำหรับคุณสมบัติที่โดดเด่นดังกล่าว” เขาอธิบาย
ทีมงานได้วางตัวอย่างไว้ในขากรรไกรของทั่งเพชรและบีบให้มีแรงกดดันประมาณ 1.4 ถึง 2.7 ล้านชั้นบรรยากาศ พวกเขาพบว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านของตัวนำยิ่งยวดสูงขึ้นอย่างรวดเร็วที่ประมาณ 2.2 ล้านชั้นบรรยากาศ โดยมีอุณหภูมิสูงสุด 15 °C เกิดขึ้นที่ชั้นบรรยากาศประมาณ 2.6 ล้านชั้น
จุดเด่นของตัวนำยิ่งยวดจากข้อมูลของ Dias ทีมงานสามารถทำการวัดได้สามครั้งเพื่อยืนยันว่าวัสดุดังกล่าวเป็นตัวนำยิ่งยวดอย่างแท้จริง ความต้านทานของตัวอย่างถูกวัดโดยใช้เทคนิคสองโพรบและสี่โพรบเพื่อให้แน่ใจว่ามีค่าเป็นศูนย์จริงๆ นักวิจัยยังได้วัดอุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านตามฟังก์ชันของสนามแม่เหล็ก
ข้อบกพร่องประการหนึ่งของการวิจัยอาจกลายเป็นโอกาสสำคัญ: ทีมงานไม่ทราบโครงสร้างและปริมาณสารสัมพันธ์ที่แน่นอน (อัตราส่วนของอะตอมของคาร์บอน กำมะถัน และไฮโดรเจน) ของวัสดุที่ความดันสูงมาก Dias กล่าวว่านักวิจัยมี “ความคิดบางอย่าง [ของปริมาณสารสัมพันธ์] แต่ไม่ทราบคำตอบ
ที่แน่นอน”
การกำหนดโครงสร้างเป็นเรื่องยากเนื่องจากอะตอมขององค์ประกอบนั้นเบาเกินไป ดังนั้นให้ดูโดยใช้การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ “เราได้พัฒนาชุดเครื่องมือใหม่เพื่อแก้ปัญหานี้” เมื่อทีมมีความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับโครงสร้างและปริมาณสารสัมพันธ์แล้ว พวกเขาหวังว่าจะสามารถปรับสารเคมี
ให้เป็นสารตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องที่ความดันต่ำลงได้ ให้ความเห็นเกี่ยวกับความสำคัญของผลลัพธ์ล่าสุดนี้ “เราควรระลึกไว้เสมอว่าตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องอย่างแท้จริงควรอยู่ที่ความดันบรรยากาศซึ่งจะช่วยให้สามารถใช้งานได้” เขาเสริมว่าการศึกษาความดันสูงที่เริ่มต้นจากงานไฮโดรเจนซัลไฟด์
ของเขาในปี 2558 ให้ข้อมูลสำคัญในการค้นหาตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องที่มีความดันบรรยากาศ ซึ่งเขากล่าวว่าน่าจะเป็นสารประกอบไตรภาค ยังเชื่อว่าบันทึกอุณหภูมิล่าสุดนี้จะคงอยู่ได้ไม่นาน โดยชี้ให้เห็นว่า “มีการคาดการณ์ว่าที่ใช้ และพบว่าอุณหภูมิลดลงเมื่อสนามแม่เหล็กเพิ่มขึ้น ซึ่งเป็นจุดเด่น
ของความร่วมมือคือการพัฒนายาสำหรับปฏิบัติการบนสถานีอวกาศ ประการที่สองคือการควบคุมการถ่ายภาพในระยะยาวสำหรับการวิจัย ของตัวนำยิ่งยวด ในที่สุด พวกเขาสังเกตเห็นว่าวัสดุดังกล่าวขับไล่เส้นสนามแม่เหล็กออกไป ซึ่งเป็นอีกลักษณะหนึ่งของตัวนำยิ่งยวด
ที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ฉันได้ทดสอบโมเดลนี้เมื่อสองสามเดือนก่อน และพบว่ามันสอดคล้องกับข้อมูลเป็นอย่างดี อย่างไรก็ตาม มีเรื่องน่าประหลาดใจ: การระเบิดที่จางที่สุดดูเหมือนจะอยู่ที่ระดับ 6 ซึ่งเลยควาซาร์ที่ไกลที่สุด ซึ่งบ่งชี้ว่าเกิดขึ้นประมาณ 750 ล้านปีหลังจากบิกแบง หากได้รับการยืนยัน
เครื่องตรวจจับรังสีแกมมารุ่นถัดไปที่มีความไวมากขึ้นอาจเห็นการระเบิดที่เรดชิฟต์ที่ 10 ขึ้นไป หากมีอยู่ ช่วงของเรดชิฟต์นี้สอดคล้องกับเวลาที่เราเชื่อว่าดาวดวงแรกและกาแล็กซีก่อตัวขึ้น แต่เป็นที่รู้จักกันว่าเป็น “ยุคมืด” ของจักรวาลวิทยา เพราะเราไม่เคยสังเกตเห็นสิ่งใดเลยในช่วงเรดชิฟต์เหล่านั้น
ควอซาร์บอกเราเกี่ยวกับธรรมชาติของเอกภพประมาณ 1.3 พันล้านปีหลังบิกแบง เนื่องจากสเปกตรัมของพวกมันเผยให้เห็นการดูดกลืนแสงโดยเมฆก๊าซที่เรดชิฟต์ที่ 1-4 เป็นไปได้เพียงว่าการระเบิดของรังสีแกมมาจะกลายเป็นคบเพลิงที่เผยให้เห็นธรรมชาติของจักรวาลในช่วงเวลาก่อนหน้านี้
credit : เว็บแท้ / ดัมมี่ออนไลน์
