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炭素質硫黄水素化物

Carbonaceous_sulfur_hydride

炭素質硫黄水素化物は、 2020 年 10 月に発表された室温超伝導体です。この材料の最大超伝導転移温度は、267ギガパスカル(GPa)の圧力で 15 °C (59 °F ) です。これは、地球の中心の圧力の 4 分の 3 に相当する圧力です。この物質は、 CSH 8と考えられる化学式を持つ炭素、硫黄、水素の特性不明の三元ポリヒドリド化合物です。. 極圧下での測定は困難であり、特に元素は結晶構造の X 線決定 ( X 線結晶構造解析) には軽すぎます。これは、超伝導体で達成された室温に最も近い温度であり、前の記録保持者よりもほぼ 30 °C 高い温度で開始します。
炭素質硫黄水素化物
識別子
プロパティ
化学式
C H 8 S
モル質量 52.14 グラム・モル-1
特に明記されていない限り、データは
標準状態(25 °C 、100 kPa) の材料に対して提供されます。
インフォボックスの参照

コンテンツ
1 バックグラウンド
2 合成
3 超伝導
4 参考文献
5 外部リンク

バックグラウンド
室温超伝導体
1911 年以前は、既知の導電体はすべて電気抵抗を示していました。これは、電荷キャリアが材料内の原子と衝突するためです。研究者は、 BCS理論で説明されているように、低温の特定の材料では、電荷担体が材料内のフォノンと相互作用し、クーパー対を形成することを発見しました。このプロセスにより、電気抵抗がゼロの超伝導体が形成されます。超伝導状態への遷移中に、磁力線が材料の内部から追い出され、磁気浮上の可能性が可能になります。この効果は歴史的に低温でのみ発生することが知られていましたが、研究者は室温で機能する材料を見つけるために何十年も費やしてきました.

合成
この物質は炭素、硫黄、水素の三元ポリハイドライド化合物で、化学式は CSH 8と考えられています。2020 年 10 月の時点で、極度の圧力と使用される軽元素が X 線測定などのほとんどの測定に適さないため、材料の分子構造は特徴付けられていないままです。この材料は、メタン(CH 4 )、硫化水素(H 2 S) および水素 (H 2 ) をダイヤモンドアンビルセルで圧縮し、532 nm のグリーンレーザーを照射することによって合成されます。炭素と硫黄の出発化合物を1:1 のモル比で合成し、直径 5 ミクロン未満のボールに成形し、ダイヤモンドアンビルセルに入れます。次に水素ガスを加え、システムを 4.0 GPa に圧縮し、532 nm レーザーを数時間照射します。結晶は 10 GPa 未満では安定ではなく、室温で一晩放置すると破壊される可能性があると報告されています。材料の研究が進行中であり、2022 年 1 月の時点で、彼らは、GPU で高速化された sirius ライブラリに結合された最小ホッピング構造予測法を使用して、24 の化学量論のみが元素分解に対して有利であり、それらすべてが炭素であることを発見しました。ドープされたH3S結晶。3000 を超える候補相の電子状態密度に van Hove 特異点または同様のピークが存在しないことは、室温での CSH における従来の超伝導を除外します。

超伝導
2020 年 10 月 14 日、炭素質硫黄水素化物が世界初の室温超伝導体として確認されたことが報告されました。超伝導状態は、15 °C (59 °F) もの高温で観測された。この物質は高温超伝導の新記録を樹立し、転移温度は以前の記録保持者よりも約 30 °C (54 °F) 高い。 15 °C という高い超伝導転移温度で、超伝導相に入るために冷却する必要がないことが知られている最初の材料です。驚異的な進歩にもかかわらず、超伝導状態は 267 GPa (3870 万 psi)という非常に高い圧力でのみ観測可能であり、これは典型的な自動車タイヤの圧力の約 100 万倍です。
発見された最高の超伝導転移温度は、267 ± 10 GPa (38.7 ± 150 万 psi) の圧力で 287.7 ± 1.2 K (14.6 ± 1.2 °C; 58.2 ± 2.2 °F) でした。材料をいくつかの低圧でテストしたところ、138 ± 7 GPa (20.0 ± 100 万 psi) で、転移温度が 147 K (-126 °C; -195 °F) に低下することがわかりました。さらに、BCS 理論から予想されるように、外部磁場が印加されると、転移温度の顕著な低下が見られました。科学者たちは、267 GPa の圧力で 9テスラの磁場では、転移温度が 22 K (40 °F) 低下することを発見しました。
炭素を含まない水素化硫黄の超伝導は、2015 年に初めて報告された。
これらの結果の妥当性は、主にJorge E. Hirsch および他のによって疑問視されており、元の論文に編集者の注記を促したデータが入手できないことも問題になっています。より標準的なマイスナー効果として超伝導をテストするために使用されるAC 感受率の測定に対する批判の焦点は、実験の規模で観察するのが難しすぎるにもかかわらず、この効果は後で炭素を含まない硫黄水素化物で測定されています。別のチームが、それらの結果も疑問視されています。

参考文献
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