Az elmúlt pár hónapban több olyan tudományos közlemény is megjelent, amely új utakat nyitott a kémia egyik legnagyobb, évtizedek óta folyó kutatási versengésében, az első szobahőmérsékleten is szupravezető anyag megalkotásában. A szupravezetés jelenségét már 1911 óta ismerjük: bizonyos anyagok megfelelő körülmények között ellenállás nélkül vezetik az elektromos áramot.

Ez praktikusan azt jelenti, hogy ha sikerülne szupravezetővel összehuzalozni egy berendezést, akkor abban energiaveszteség nélkül folyhatna az áram. Könnyű belátni, hogy az ilyen anyagok alkalmazásának óriási gazdasági jelentősége lenne, valószínűleg teljesen átírna minden számítást az elektromos árammal működő gépeinkkel kapcsolatban.

A probléma azonban, amit ehhez meg kell oldani, nem csekély. Az anyagok ugyanis csak nagyon alacsony hőmérsékleten, általában -200 Celsius-fok alatt és óriási nyomáson produkálják a szupravezetés jelenségét. A cél ezért annak az anyagnak a megtalálása (vagy inkább megalkotása), amely szobahőmérsékleten is szupravezető lehet.

A szobahőmérséklet szó használata mára kicsit félrevezető lett, az áttöréshez ugyanis már bőven elég lenne az is, ha fagypont fölött, azaz a Celsius-skálán pozitív tartományban lenne az anyag – az ipari alkalmazásokat már ez is forradalmasítaná, hiszen fagypont fölötti hőmérséklet tartós biztosítása nem tűnik nagy akadálynak.

Aki ezt az anyagot megalkotja, minden bizonnyal Nobel-díjat kap, ezt manapság legalább annyira jól lehet előre jelezni, mint pár éve a Higgs-bozon kimutatásával kapcsolatban.

Hogy lássuk hol állunk, érdemes egy pillantást vetni a Chemistry World ábrájára, amely azt mutatja, hogy az elmúlt 108 évben melyik anyaggal meddig jutottak a kutatók.

A grafikon vízszintes tengelye az időt, a függőleges tengelye pedig azt a határhőmérsékletet mutatja (Kelvinben), amelynél az adott anyag hirtelen szupravezetővé válik. Látszik, hogy az idő haladtával egyre közelebb kerülünk a célhoz, a 273 Kelvinhez, vagyis a 0 Celsius -okhoz, és az áttörés valószínűleg hamarosan meglesz.

Milyen hőmérsékleten váltak szupravezetőkké az anyagok az elmúlt 108 évben? A cél a 273 Kelvin elérése. Forrás: Chemistry World

A csúcstartó jelenleg a lantán-dekahidrid (LaH10), amelyről 2018 óta tudjuk, hogy már -13,5 Celsius-fokon (és persze az alatt) szupravezető. Apró adalék, hogy mindezt 180 gigapascal nyomáson produkálja, ami körülbelül 1,8 milliószor nagyobb, mint az atmoszférikus nyomás, vagyis az, amely rád is nehezedik a légkör miatt, amikor ezt a cikket olvasod.

A lantán-dekahidridet a chicagói University of Illinois kutatója, Russel Hemley, illetve a vezetése alatt álló csoport alkotta meg. Az ő nevét azért érdemes megjegyezni, mert a végső győzelemre is esélyes versenyzőnek számít.

Egy másik kutató, a moszkvai Szkolkovo Intézetben dolgozó Artyem Oganov augusztusban jelentette be, hogy megvan az ittrium-hexahidrid (YH6) nevű molekula is. Ez azért érdekes, mert az előzetes számítások azt mutatták, hogy az YH6 határhőmérséklete már 273 Kelvin (azaz 0 Celsius-fok) fölött lesz, Oganov azonban csak 224 Kelvinig tudta feltornászni az értéket, 166 gigapascal nyomás mellett.

Pár héttel később egy szintén nagy versenyző, a német Max Planck Intézet mainzi kémiai egységében dolgozó Mihail Jeremec azt közölte, hogy neki megvan az ittrium-nonahidrid (YH9), amely 243 Kelvinen, 237 gigapascal nyomáson szupravezető. Ezzel ő is ott kopogtat a pozitív Celsius-tartomány határán.

Oganov most azt mondja, meg van győződve arról, hogy az ittrium-dekahidridet (YH10) is hamarosan előállítják, vagy ő, vagy Jeremecék Mainzban. Márpedig az előzetes számítások szerint az YH10 már 326 Kelvin, azaz 53 Celsius-foknál szupravezetővé válik, ami azt vetíti előre, hogy bőven meglehet a szobahőmérséklet (még akkor is, ha tudjuk, hogy az előzetes számítások nem teljesen pontosak).

Ezzel elkezdődött a Nobelért folyó hosszú küzdelem utolsó szakasza.

Természetesen ez nem jelenti azt, hogy az YH10 lenne a csodaanyag, amit régóta keresünk. Az eredmény ugyanis várhatóan ismét csak irtózatos nyomáshoz kapcsolva érhető el, ráadásul olyan kísérletekről beszélünk, ahol egy apró gyémánt négy kis „feje” közé préselt, elenyésző mennyiségű anyag keletkezik, amely azonnal el is bomlik. Ám nulla fok fölé jutni ennek ellenére is óriási eredmény lesz, és ez várhatóan meg fogja sokszorozni a további kutatásokra szánt összegeket.

Az YH10 megalkotása meg fogja erősíteni a kutatókat abban, hogy a fémhidridek között kell folytatniuk a keresést, aminek egyébként az az egyszerű oka, hogy a molekulában lévő hidrogének válnak szupravezetőkké.

Ám hogy ne legyen ilyen könnyű a helyzet, a vegyészek azt is feltételezik, hogy a hidrogén mellett csak egy másikfajta atomot tartalmazó – azaz bináris – molekulák lehetőségeit szinte teljesen feltérképezték már, vagyis az ezekkel folytatott további kísérletek könnyen zsákutcába vezethetnek. Esélyesebb jelöltek lehetnek a három különböző atomból felépített molekulák (ternerek), és ezért nagyon érdekes, hogy Janming Ma, a kínai Csilin Egyetem kutatója augusztusban közölt cikket egy olyan terner molekuláról (Li2MgH16), amely már 473 Kelvin, azaz 200 Celsius-fok alatt szupravezetővé vált (250 gigapascal nyomáson). Ezzel Ma jelezte, hogy Kínával is számolni kell a versenyben.

De ez még mindig nem a vége, mert időközben az is világossá vált, hogy a sok hidrogént tartalmazó molekulák vélhetően soha nem lesznek stabilak szobahőmérsékleten, vagyis végső soron a kínai irány sem tökéletes.

Több mint 7 ezer reális kombinációja van a terner hidrideknek, és aki le tudja modellezni, hogy ezek közül melyik lehet a nyerő, majd a laborban elő is tudja állítani, az lesz a végső nyertes.

G7 támogató leszek! Egyszeri támogatás / Előfizetés

Élet anyag áram hidrid kutatás Nobel-díj szupravezető Olvasson tovább a kategóriában