Węglasty wodorek siarki
| Właściwości | |
|---|---|
| identyfikatorów | |
| C H 8 S | |
| Masa cząsteczkowa | 52,14 g·mol -1 |
|
O ile nie zaznaczono inaczej, dane podano dla materiałów w stanie normalnym (przy 25°C [77°F], 100 kPa).
|
|
Wodorek siarki węglowej jest rzekomym nadprzewodnikiem o temperaturze pokojowej , który został ogłoszony w październiku 2020 r. Uważa się, że materiał ma maksymalną temperaturę przemiany w nadprzewodzący 15 ° C (59 ° F) przy ciśnieniu 267 gigapaskali (GPa), chociaż ważność twierdzenie spotkało się z krytyką. We wrześniu 2022 r. artykuł został wycofany przez redakcję czasopisma Nature z powodu niestandardowej, zdefiniowanej przez użytkownika analizy danych, podważającej naukową zasadność twierdzenia.
267 GPa odpowiada ciśnieniu odpowiadającemu trzem czwartym ciśnienia panującego w centrum Ziemi. Materiał to niescharakteryzowany trójskładnikowy związek poliwodorkowy węgla , siarki i wodoru o wzorze chemicznym, który uważa się za CSH 8 . Pomiary pod ekstremalnym ciśnieniem są trudne, aw szczególności pierwiastki są zbyt lekkie do rentgenowskiego określenia struktury krystalicznej ( krystalografia rentgenowska ). Byłaby to najbliższa temperatura pokojowa osiągnięta dla nadprzewodnika, z początkiem prawie 30°C wyższym niż u poprzedniego rekordzisty.
Tło
Przed rokiem 1911 wszystkie znane przewodniki elektryczne wykazywały opór elektryczny z powodu zderzeń nośnika ładunku z atomami w materiale. Naukowcy odkryli, że w niektórych materiałach w niskich temperaturach nośniki ładunku oddziałują z fononami w materiale i tworzą pary Coopera , jak opisuje teoria BCS . W wyniku tego procesu powstaje nadprzewodnik o zerowym oporze elektrycznym. Podczas przejścia do stanu nadprzewodzącego linie pola magnetycznego są wypychane z wnętrza materiału, co pozwala na wystąpienie lewitacji magnetycznej . Historycznie wiadomo, że efekt ten występuje tylko w niskich temperaturach, ale naukowcy spędzili dziesięciolecia próbując znaleźć materiał, który mógłby działać w temperaturze pokojowej.
Synteza
Materiał to trójskładnikowy związek wielowodorkowy węgla , siarki i wodoru o wzorze chemicznym, który uważa się za CSH 8 . Od października 2020 r. Struktura molekularna materiału pozostaje niescharakteryzowana, ponieważ ekstremalne ciśnienia i zastosowane lekkie pierwiastki są nieodpowiednie do większości pomiarów, takich jak oznaczanie rentgenowskie. Materiał jest syntetyzowany przez sprężanie metanu (CH 4 ), siarkowodoru (H 2 S) i wodoru (H 2 ) w diamentowej komorze kowadełkowej i naświetlanie zielonym laserem o długości fali 532 nm. Wyjściowy związek węgla i siarki syntetyzuje się w stosunku molowym 1:1 , formuje kulki o średnicy mniejszej niż pięć mikronów i umieszcza w diamentowym kowadle . Następnie dodaje się gazowy wodór, a układ spręża się do 4,0 GPa i oświetla laserem o długości fali 532 nm przez kilka godzin. Doniesiono, że kryształ nie jest stabilny poniżej 10 GPa i może ulec zniszczeniu, jeśli zostanie pozostawiony na noc w temperaturze pokojowej. Badania nad materiałem trwają i od stycznia 2022 r. Odkryli, stosując metodę przewidywania minimalnej struktury przeskoku w połączeniu z akcelerowaną przez GPU biblioteką Sirius, tylko 24 stechiometrie sprzyjają rozkładowi pierwiastków, a wszystkie z nich to domieszkowany węglem H3S kryształy. Brak osobliwości van Hove'a lub podobnych pików w gęstości elektronowej stanów ponad 3000 faz kandydujących wyklucza konwencjonalne nadprzewodnictwo w CSH w temperaturze pokojowej.
Nadprzewodnictwo
14 października 2020 roku opublikowano artykuł, w którym stwierdzono, że węglowodorek siarki jest pierwszym na świecie nadprzewodnikiem pracującym w temperaturze pokojowej . Raport spotkał się z dużym zainteresowaniem mediów. Twierdzono, że stan nadprzewodnictwa występuje w temperaturach sięgających 15 ° C (59 ° F). To ustanowiłoby nowy rekord nadprzewodnictwa wysokotemperaturowego , z temperaturą przejścia prawie o 30 ° C (54 ° F) wyższą niż poprzedni rekordzista. Przy zgłoszonym przejściu nadprzewodzącym wynoszącym 15 ° C byłby to pierwszy znany materiał, który nie musi być schładzany, aby wejść w fazę nadprzewodzącą. Pomimo ogromnego postępu, deklarowany stan nadprzewodnictwa można zaobserwować dopiero przy bardzo wysokim ciśnieniu 267 GPa (38,7 miliona psi), które jest około milion razy wyższe niż ciśnienie w typowej oponie samochodowej.
Najwyższa zgłoszona temperatura przemiany nadprzewodzącej wyniosła 287,7 ± 1,2 K (14,6 ± 1,2 ° C; 58,2 ± 2,2 ° F) przy ciśnieniu 267 ± 10 GPa (38,7 ± 1,5 miliona psi). Materiał został przetestowany przy kilku niższych ciśnieniach i stwierdzono, że przy 138 ± 7 GPa (20,0 ± 1,0 miliona psi) temperatura przejścia jest obniżona do 147 K (-126 ° C; -195 ° F). Ponadto, zgodnie z przewidywaniami teorii BCS , zaobserwowano zauważalny spadek temperatury przejścia po przyłożeniu zewnętrznego pola magnetycznego. Naukowcy poinformowali, że temperatura przejścia została obniżona o 22 K (40 ° F) w polu magnetycznym o natężeniu dziewięciu tesli przy ciśnieniu 267 GPa.
W dniu 26 września 2022 r. artykuł ten został wycofany.
Nadprzewodnictwo dla wodorków siarki bez węgla zostało po raz pierwszy zgłoszone w 2015 roku.
Krytyka
Wiarygodność tych wyników została zakwestionowana głównie przez Jorge E. Hirscha i innych. Niedostępność danych skłoniła redaktora do notatki na oryginalnym artykule. Krytyka skupia się na pomiarach podatności prądu przemiennego stosowanych do testowania nadprzewodnictwa, ponieważ bardziej ostateczny efekt Meissnera jest zbyt trudny do zaobserwowania na skalę eksperymentów; niemniej jednak efekt ten został później zmierzony na wodorkach siarki bez węgla przez inny zespół, ale wyniki te również zostały zakwestionowane.
15 lutego 2022 r. Nature dodał następującą notatkę redaktora do artykułu opisującego nadprzewodnictwo w temperaturze pokojowej w węglowodorowym wodorku siarki:
„Redaktorzy Nature zostali powiadomieni o obawach dotyczących sposobu, w jaki dane w tym artykule zostały przetworzone i zinterpretowane. Nature współpracuje z autorami w celu zbadania tych obaw i ustalenia, jaki (jeśli w ogóle) wpływ będą miały na wyniki pracy wyniki i wnioski. W międzyczasie zaleca się czytelnikom ostrożność przy korzystaniu z przedstawionych tam wyników.
Oryginalny artykuł Snidera i in. został ostatecznie wycofany przez redakcję Nature 26 września 2022 r., podczas gdy autorzy badania wciąż twierdzą, że jest ważny.
Linki zewnętrzne
- Robert Service (26 sierpnia 2021). „Dzięki odrobinie rozbicia diamentu praktyczne nadprzewodnictwo w temperaturze pokojowej może być bliskie rzeczywistości” . Nauka | AAAS .