"Vi tror att det här är en ny era av supraledningsförmåga," berättade Russell Hemley, en materialforskare vid George Washington University i Washington, D.C., till en publik forskare den 4 mars vid American Physical Societys möte i mars.
Bilder lyser upp skärmen bakom honom: en schematisk bild av en enhet för att krossa små saker mellan de superhårda punkterna på motsatta diamanter, grafer av temperatur och elektriskt motstånd, en glödande boll med en grov, svart "X" som skuras över dess centrum.
Den sista bilden var förkroppsligandet av själva den nya eran: ett litet prov av lantansuperhydrid (eller LaH10) pressas till tryck liknande de som hittades halvvägs genom jordens kärna och värmdes med en laser till temperaturer som närmar sig en livlig senvinterdag i New England . (Det är brinnande värme enligt standarderna för supraledningsforskning, vanligtvis utfört i extremt laboratoriekylt.) Under dessa förhållanden, Hemley och hans team hade konstaterat, verkar LaH10 sluta motstå rörelsen av elektroner mellan dess atomer. Det blir tydligen, som Hemley uttryckte det i sitt APS-samtal och i ett papper som publicerades 14 januari i tidskriften Physical Review Letters, en "rumstemperatur superledare."
Fryst vetenskap
Tillbaka 1911 upptäckte den holländska fysikern Heike Kamerlingh Onnes att vissa ämnen vid extremt låga temperaturer uppvisar ovanliga elektriska egenskaper.
Under normala omständigheter kommer en elektrisk ström som passerar genom ett ledande material (som en koppartråd) att förlora viss intensitet på vägen. Även de mycket bra ledare som vi använder i våra elektriska nät är ofullkomliga och transporterar inte all energi från ett kraftverk till ditt vägguttag. Vissa elektroner går bara vilse på vägen.
Men superledare är olika. En elektrisk ström som införts i en slinga med supraledande tråd fortsätter att kretsa för evigt, utan förlust. Superledare förvisar magnetfält och driver därför kraftfullt bort magneter. De har applikationer inom höghastighetsdatorer och annan teknik. Problemet är att de typer av extremt låga temperaturer vid vilka superledare vanligtvis arbetar gör dem opraktiska för vanligt bruk.
Jakt utan karta
I mer än ett sekel har fysiker jagat efter supraledningsförmåga i varmare material. Men att hitta supraledningsförmåga är lite som slående guld: Tidigare erfarenheter och teorier kan säga dig i stort sett var du ska leta efter den, men du vet faktiskt inte var det är förrän du gör det dyra, tidskrävande arbetet med att kontrollera.
"Du har så många material. Du har ett enormt utrymme att utforska," sade Lilia Boeri, en fysiker vid Sapienza University of Rome, som presenterade arbete efter Hemley som utforskade möjligheten att supraledare är ännu varmare än LaH10 och förklarade varför material som detta är superledande vid extrema tryck.
1986 avslöjade forskare keramik som var supraledande vid temperaturer så höga som 30 grader över absolut noll, eller minus 406 grader Fahrenheit (minus 243 grader Celsius). Senare, på 1990-talet, såg forskarna först på mycket höga tryck för att se om de kan avslöja nya typer av superledare.
Men vid den tidpunkten, sa Boeri till Live Science, fanns det fortfarande inget bra sätt att avgöra om ett material skulle visa sig vara supraledande, eller vid vilken temperatur det skulle göra det, tills det testades. Som ett resultat förblev kritiska temperaturposter - temperaturerna vid vilken superledningsförmågan uppträder - mycket låga.
"Det teoretiska ramverket fanns där, men de kunde inte använda det," sade Boeri.
Nästa stora genombrott kom 2001 när forskare visade att magnesiumdiborid (MgB2) var supraledande vid 39 grader över absolut noll, eller minus 389 F (minus 234 C).
"var ganska låg," sade hon, "men vid den tiden var ett stort genombrott, eftersom det visade att du kunde ha superledningsförmåga med en kritisk temperatur som var dubbelt så hög som vad som tidigare troddes möjligt."
Krossande väte
Sedan dess har jakten på varma superledare skiftat på två viktiga sätt: Materialforskare insåg att lättare element erbjöd lockande möjligheter för supraledning. Samtidigt avancerade datormodeller till den punkt där teoretikerna på förhand kunde förutsäga exakt hur material kan bete sig under extrema omständigheter.
Fysiker började på det uppenbara stället.
"Så du vill använda ljusa element, och det lättaste elementet är väte," sade Boeri. "Men problemet är väte i sig själv - det kan inte göras superledande, eftersom det är en isolator. Så för att ha en superledare måste du först göra det till en metall. Du måste göra något mot det och det bästa du kan göra klämmer på det. "
Inom kemi är en metall i stort sett vilken samling atomer som är bundna ihop eftersom de sitter i en fritt flytande soppa med elektroner. De flesta material som vi kallar metaller, som koppar eller järn, är metalliska vid rumstemperatur och vid bekväma atmosfärstryck. Men andra material kan bli metaller i mer extrema miljöer.
I teorin är väte en av dem. Men det finns ett problem.
"Det kräver mycket högre tryck än vad som kan göras med befintlig teknik," sade Hemley i sitt föredrag.
Det gör att forskare jagar efter material som innehåller massor av väte som kommer att bilda metaller - och förhoppningsvis bli supraledande, vid uppnåeliga tryck.
Just nu, sa Boeri, erbjuder teoretiker som arbetar med datormodeller experimenterande material som kan vara superledare. Och experimenterna väljer de bästa alternativen att testa.
Men det finns gränser för värdet av dessa modeller, sade Hemley. Det är inte alla förutsägelser som går i labbet.
"Man kan använda beräkningar mycket effektivt i detta arbete, men man måste göra det kritiskt och till slut tillhandahålla experimentella tester," berättade han den sammansatta publiken.
Hemley och hans lags "rumstemperatursupraledare," LaH10, verkar vara det mest spännande resultatet ännu från denna nya era av forskning. Krossade till cirka 1 miljon gånger trycket från jordens atmosfär (200 gigapascaler) mellan punkterna på två motsatta diamanter, verkar ett prov av LaH10 bli supraledande vid 260 grader över absolut noll, eller 8 F (minus 13 C).
En annan körning av experimentet som beskrivs i samma artikel tycktes visa superledningsförmåga vid 280 grader över absolut noll, eller 44 ° C. Det är en kylig rumstemperatur, men inte en för svår temperatur att uppnå.
Hemley avslutade sitt föredrag med att föreslå att detta högtrycksarbete längs vägen kan leda till material som är supraledare vid både varma temperaturer och normalt tryck. Kanske kan ett material, när trycket trycks upp, förbli en superledare efter det att trycket släppts, sade han. Eller kanske kan lärdomarna om kemisk struktur som lärs vid höga temperaturer väg till superledande lågtrycksstrukturer.
Det skulle vara en spelväxlare, sa Boeri.
"Den här saken är i grunden grundläggande forskning. Den har ingen tillämpning", sa hon. "Men låt oss säga att du kommer på något som fungerar under tryck, säg, tio gånger lägre än nu. Detta öppnar upp dörren till superledande ledningar, andra saker."
På frågan om hon förväntar sig att se en rumstemperatur, rumstryck superledare under hennes livstid, nickade hon entusiastiskt.
"Visst," sa hon.
