Вчені знайшли перший нетрадиційний надпровідник, хімічний склад якого також зустрічається в природі. Мінерал, про який йде мова, називається міассіт, і це справді унікальна речовина. Існує лише три інші природні надпровідники, але вони підпорядковуються правилам теорії Бардіна-Купера-Шріффера, першої мікроскопічної теорії надпровідності. Міасит, вирощений у лабораторії, є іншим.
Надпровідність – це здатність не мати електричного опору (тобто передавати електрику без втрат енергії), коли магнітні поля виштовхуються за межі матеріалу. Це відбувається нижче певної критичної температури. У звичайних надпровідниках це відбувається завдяки утворенню електронних пар, зв’язаних у певному стані. Вони відомі як куперівські пари. Нетрадиційні надпровідники, з іншого боку, демонструють ті ж макроскопічні характеристики, але цей стан спричиняється чимось іншим.
Існує ще одна відмінність між традиційними та нетрадиційними надпровідниками. Перші, як правило, мають критичну температуру набагато ближчу до абсолютного нуля, тоді як другі можуть мати високотемпературну надпровідність. Зараз, коли ми говоримо про високу температуру, ми маємо на увазі температури вище 77 Кельвінів, що все ще далеко від Святого Грааля надпровідності при кімнатній температурі, але, принаймні, на шляху до нього.
Ось тут і з’являється міасит. Незважаючи на свою низьку критичну температуру -267,75°C (-449,95°F), він має нетрадиційні властивості надпровідників з вищою критичною температурою, і дослідники сподіваються використати його, щоб краще зрозуміти походження нетрадиційної надпровідності. Мінерал має складну хімічну формулу з 17 атомів родію та 15 атомів сірки (Rh17S15).
“Інтуїтивно ви думаєте, що це щось, що виробляється навмисно під час цілеспрямованого пошуку, і воно не може існувати в природі”, – сказав старший автор Руслан Прозоров з Національної лабораторії Еймса в своїй заяві. “Але виявляється, що існує”.
Міасит у природі був знайдений поблизу річки Міас у Челябінській області, Росія. Елементи, з яких він складається, вступають у реакцію з киснем, тому він досить рідкісний. Він також не росте у добре сформовані кристали, тому його властивості можна оцінити лише завдяки лабораторному вирощуванню.
Дослідники розглядали системи родій-сірка як місце, де можуть існувати цікаві надпровідники. Група Прозорова тримала матеріал трохи вище абсолютного нуля (-273,1°C/-460°F), і як тільки надпровідність була встановлена, вони перевірили, наскільки вона поширена.
Один з тестів називається “лондонська глибина проникнення”. У звичайному надпровіднику слабке магнітне поле може проникати в основну масу матеріалу на постійну довжину. У нетрадиційному це змінюється залежно від температури.
Інший підхід полягав у тому, щоб вдарити по матеріалу високоенергетичними електронами, що спричиняють дефекти. Нетрадиційні надпровідники дуже чутливі до цих дефектів. І міасит поводився як нетрадиційний надпровідник.
“Це як знайти приховану рибальську яму, повну великої товстої риби. У системі Rh-S ми відкрили три нові надпровідники. І завдяки детальним вимірюванням Руслана ми виявили, що міасит є нетрадиційним надпровідником”, – додав професор Пол Кенфілд з Університету штату Айова та Лабораторії Еймса. Кенфілд синтезував міасит для цього проєкту.
