сверхпроводимость

Твёрдое доказательство или новые приключения водорода

Вот уже более ста лет человечеству известно такое физическое явление, как сверхпроводимость. Голландец Х.К. Оннес в 1911 году, охлаждая ртуть в жидком гелии, обнаружил, что по достижении температуры 4,1 кельвина плавно уменьшающееся до того момента электрическое сопротивление образца резко падает до нуля. За свои исследования способностей вещества при низких температурах «Господин абсолютного нуля», как восхищённо называли его коллеги, в 1913 году удостоился Нобелевской премии по физике.

С тех пор лучшие умы человечества участвуют в гонке за верхним температурным порогом сверхпроводимости. Ведь тот, кто сумеет добиться нулевого электрического сопротивления в проводнике при комнатной температуре, станет повелителем мира. Преувеличение? Ничуть. Ключ ко всем мечтам человечества — энергия. Самые смелые проекты, самые дерзкие фантазии станут осуществимы при реализации двух технологических предпосылок: компактного высокоёмкого источника электрической энергии и сведении к нулю потерь передачи этой энергии. И первое, похоже, недостижимо без второго.

Сегодня самыми «тёплыми» сверхпроводниками являются купраты (соединения на основе меди) различных металлов. Нашими соотечественниками Е. Антиповым и С. Путилиным в 1993 году было зафиксировано рекордное значение критической температуры у вещества HgBa2Ca2Cu3O8+x, и эта температура равна 135 К, или -138 °C. Как видно, до комнатной температуры пока далековато…

Водород Фаза V

Но 7 января 2015 года человечество получило новую благую весть. В статье «Доказательства существования нового состояния плотного водорода при давлении выше 325 гигапаскалей» исследователей Филиппа Далладей-Симпсона, Росса Т. Хоуи и Евгения Григорянца, опубликованной в журнале Nature, заявлено об открытии новейшего агрегатного состояния водорода, которое учёные назвали «фаза V». Принципиальное отличие нового состояния от полученной ранее «фазы IV» заключается в том, что фазу IV по её свойствам следует относить к полупроводникам, тогда как фаза V демонстрирует свойства металла. И эти свойства под давлением 350 ГПа (3,4 миллиона атмосфер) были зафиксированы при температуре 465 К, или -8 °C. Доказательством физики считают существенное ослабление подобного эффекта Рамана, проявляющегося в специфической способности поляризации света, которая возникает в результате взаимодействий фотонов с атомами исследуемого вещества. Исследователи лелеют надежду, что это может означать переход водорода в целиком (или почти полностью) металлическое состояние. При этом они делают акцент на том, что фаза V может и не быть абсолютным металлом в классическом понимании этого термина, но очень похожа на него по своим свойствам. Структура полученной ранее фазы IV представляла собой нечто вроде слоёв из шестигранников и гораздо дальше отстояла от классической кристаллической решётки металла, вплотную к которой приблизилась судя по её свойствам, структура фазы V.

Металлический водород и сверхпроводимость

Но при чем тут сверхпроводимость? Вроде бы исследователи ничего об этом не упоминают? Действительно, сверхпроводимость не была предметом изучения интернациональной команды Эдинбургского университета. Однако, как говорят сами учёные, «мы полагаем, что фаза V может быть предшественником немолекулярного (атомизированного и металлического) состояния водорода, предсказанного 80 лет назад». Вот в этом предсказании и скрыта интрига. В 1935 году Юджином Вигнером и Хиллардом Беллом Хантингтоном (E. Wigner, H. B. Huntington) была опубликована работа, в которой утверждалось, что при превышении определённого давления ядро атома лишится валентного электрона и в объёме водорода образуется свободный электронный газ, свойственный металлам. Последующие расчёты выявили, что в этом состоянии водород должен будет обладать рядом очень значительных свойств, в том числе сверхпроводимостью при температурах, сопоставимых с комнатной (Ashcroft, N.W. Metallic Hydrogen: A High-Temperature Superconductor? \ Physical Review Letters. — 1968. — Vol. 21, №. 26. — p. 1748).

До сих пор эти расчёты оставались чистым теоретизированием, поскольку получить металлический водород не удавалось даже в лабораторных условиях, не говоря уж о промышленных объёмах. Что ж, похоже, сегодня шанхайскому Center for High Pressure Science & Technology Advanced Research удалось ранее недостижимое, и человечество вплотную приблизилось к тому, чтобы воочию увидеть металлическое лицо первого элемента Периодической системы Менделеева. Остаётся пустяк — зафиксировать это состояние при атмосферном давлении… Очень хочется надеяться, что это случится раньше, чем мир скатится к варварству ортодоксального шариата или станет объектом «исследования» интеллектуальных боеголовок ядерных ракет.