บาคาร่า ในที่สุดก็พบตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องแล้ว

สารประกอบนี้นำไฟฟ้าโดยไม่มีความต้านทานสูงถึง 15° C บาคาร่า แต่ภายใต้แรงดันสูงเท่านั้นอยู่ที่นี่: นักวิทยาศาสตร์ได้รายงานการค้นพบตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องเป็นครั้งแรก หลังจากที่รอคอยมานานกว่าศตวรรษ

การค้นพบนี้กระตุ้นให้ฝันถึงเทคโนโลยีล้ำยุคที่สามารถพลิกโฉมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และการคมนาคมขนส่ง ตัวนำยิ่งยวดส่งกระแสไฟฟ้าโดยไม่มีความต้านทาน ทำให้กระแสไฟฟ้าไหลได้โดยไม่สูญเสียพลังงาน แต่ตัวนำยิ่งยวดที่ค้นพบก่อนหน้านี้ทั้งหมดจะต้องถูกทำให้เย็นลง โดยส่วนใหญ่จะมีอุณหภูมิต่ำมาก ทำให้ไม่สามารถใช้งานได้ส่วนใหญ่

ตอนนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบตัวนำยิ่งยวดตัวแรกที่ทำงานที่อุณหภูมิห้อง 

อย่างน้อยก็ให้อยู่ในห้องที่ค่อนข้างเย็น วัสดุดังกล่าวมีตัวนำยิ่งยวดต่ำกว่าอุณหภูมิประมาณ 15 องศาเซลเซียส (59 องศาฟาเรนไฮต์) นักฟิสิกส์ Ranga Dias จากมหาวิทยาลัย Rochester ในนิวยอร์กและเพื่อนร่วมงานรายงานในวันที่ 14 ตุลาคมในNature

นักเคมีด้านวัสดุ รัสเซลล์ เฮมลีย์แห่งมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ชิคาโก ผู้ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการวิจัยกล่าว ว่าผลลัพธ์ของทีม “ช่างสวยงามเหลือเกิน”

อย่างไรก็ตาม พลังพิเศษของตัวนำยิ่งยวดของวัสดุใหม่จะปรากฏเฉพาะที่แรงกดดันที่สูงมากเท่านั้น ซึ่งจำกัดประโยชน์ในทางปฏิบัติของวัสดุดังกล่าว

ไดอาสและเพื่อนร่วมงานสร้างตัวนำยิ่งยวดโดยการบีบคาร์บอน ไฮโดรเจน และกำมะถันระหว่างปลายเพชรสองเม็ด และกระทบกับวัสดุด้วยแสงเลเซอร์เพื่อกระตุ้นปฏิกิริยาเคมี ที่ความดันบรรยากาศโลกประมาณ 2.6 ล้านเท่า และอุณหภูมิต่ำกว่า 15 องศาเซลเซียส ความต้านทานไฟฟ้าก็หายไป

แค่นั้นยังไม่เพียงพอที่จะโน้มน้าวให้เดียส “ครั้งแรกที่ฉันไม่เชื่อ” เขากล่าว ทีมงานจึงศึกษาตัวอย่างเพิ่มเติมของวัสดุและตรวจสอบสมบัติทางแม่เหล็กของวัสดุ

เป็นที่ทราบกันว่าตัวนำยิ่งยวดและสนามแม่เหล็กปะทะกัน — สนามแม่เหล็กแรงสูงจะยับยั้งความเป็นตัวนำยิ่งยวด เมื่อวางวัสดุไว้ในสนามแม่เหล็ก จำเป็นต้องมีอุณหภูมิที่ต่ำกว่าเพื่อทำให้เป็นตัวนำยิ่งยวด ทีมงานยังได้ใช้สนามแม่เหล็กสั่นกับวัสดุ และแสดงให้เห็นว่าเมื่อวัสดุกลายเป็นตัวนำยิ่งยวด มันจะขับสนามแม่เหล็กนั้นออกจากภายใน ซึ่งเป็นสัญญาณอีกอย่างหนึ่งของการนำยิ่งยวด

นักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถระบุองค์ประกอบที่แน่นอนของวัสดุหรือวิธีการจัดเรียงอะตอมของวัสดุ ทำให้ยากต่อการอธิบายว่ามันสามารถเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิค่อนข้างสูงได้อย่างไร งานในอนาคตจะเน้นที่การอธิบายเนื้อหาให้สมบูรณ์ยิ่งขึ้น Dias กล่าว

เมื่อค้นพบความเป็นตัวนำยิ่งยวดในปี พ.ศ. 2454 

พบเฉพาะที่อุณหภูมิใกล้เคียงกับศูนย์สัมบูรณ์เท่านั้น (-273.15° C) แต่ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา นักวิจัยได้ค้นพบวัสดุที่เป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์ได้เร่งดำเนินการดังกล่าวโดยเน้นไปที่วัสดุที่อุดมด้วยไฮโดรเจนที่ความดันสูง

ในปี 2015 นักฟิสิกส์ Mikhail Eremets จาก Max Planck Institute for Chemistry ในเมืองไมนซ์ ประเทศเยอรมนี และเพื่อนร่วมงานได้บีบไฮโดรเจนและกำมะถันเพื่อสร้างตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงถึง −70° C ( SN: 12/15/15 ) ไม่กี่ปีต่อมา กลุ่มสองกลุ่มหนึ่งนำโดย Eremets และอีกกลุ่มที่เกี่ยวข้องกับ Hemley และนักฟิสิกส์ Maddury Somayazulu ศึกษา สารประกอบแลนทานัมและไฮโดรเจนที่มีความดันสูง ทั้งสองทีมพบหลักฐานของความเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงกว่า −23° C และ -13° C ตามลำดับ และในบางตัวอย่างอาจสูงถึง 7° C ( SN: 9/10/18 )

การค้นพบตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องไม่ใช่เรื่องน่าแปลกใจ Eva Zurek นักเคมีเชิงทฤษฎี จากมหาวิทยาลัยบัฟฟาโลในนิวยอร์กกล่าวว่า “เห็นได้ชัดว่าเรากำลังมุ่งหน้าไปสู่เรื่องนี้” ซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับการวิจัยกล่าว แต่การทำลายอุปสรรคอุณหภูมิห้องที่เป็นสัญลักษณ์เป็น “เรื่องใหญ่จริงๆ”

หากสามารถใช้ตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องได้ที่ความดันบรรยากาศ จะช่วยประหยัดพลังงานจำนวนมหาศาลที่สูญเสียไปกับความต้านทานในโครงข่ายไฟฟ้า และสามารถปรับปรุงเทคโนโลยีในปัจจุบันได้ตั้งแต่เครื่อง MRI ไปจนถึงคอมพิวเตอร์ควอนตัมไปจนถึงรถไฟที่ลอยด้วยแม่เหล็ก ดิอาสจินตนาการว่ามนุษยชาติอาจกลายเป็น “สังคมตัวนำยิ่งยวด”

แต่จนถึงขณะนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างจุดเล็กๆ ของวัสดุที่ความดันสูง ดังนั้นการใช้งานจริงจึงยังอีกยาวไกล

Somayazulu จาก Argonne National Laboratory ในเมืองเลมอนท์ รัฐอิลลินอยส์ กล่าวว่า “อุณหภูมิไม่ได้จำกัดอีกต่อไปแล้ว” ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการวิจัยใหม่กล่าว ตอนนี้นักฟิสิกส์มีเป้าหมายใหม่: เพื่อสร้างตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องซึ่งทำงานได้โดยไม่ต้องออกแรงบีบ Somayazulu กล่าว “นั่นคือขั้นตอนต่อไปที่เราต้องทำ” บาคาร่า