היסוד אירופיום הופך למוליך-על בתנאי טמפרטורה של 1.8 קלווין ולחץ של כשמונה מאות אלף אטמוספרות ובכך הוא הופך ליסוד החמישים ושלושה הידוע כמוליך-על והעשרים ושלושה בתנאים של לחץ גבוה.
לרשימת עשרים ותשעת היסודות הטבעיים שהינם מוליכי-על הוסף לאחרונה יסוד נוסף – אירופיום.
ג'יימס שילינג James S. Schilling, פרופסור לפיסיקה במחלקה למדעים ואומניות באוניברסיטת וושינגטון שבסנט לואיס ותלמידיו גילו כי היסוד אירופיום הופך למוליך-על בתנאיי טמפרטורה של 1.8 קלווין ולחץ של כשמונה מאות אלף אטמוספרות ובכך הוא הופך ליסוד החמישים ושלושה הידוע כמוליך-על והעשרים ושלושה בתנאים של לחץ גבוה.
"עברו שבע שנים מאז מישהו גילה יסוד מוליך-על חדש," מציין החוקר. "הדבר הופך לקשה יותר ויותר מכיוון שנותרו פחות יסודות בטבלה המחזורית."
תגלית זו מוסיפה ידע ועוזרת לשפר את הבנתם של מדענים תיאורטיים לגביי מוליכות-על, הבנה שתוכל בעתיד להוביל לפיתוח של מוליכי-על בטמפרטורת החדר שישמשו לאחסון והובלה יעילים של אנרגיה.
אירופיום (הערך בוויקפדיה) שייך לקבוצת היסודות המכונים "עופרות נדירות" (rare earth elements). יסודות אלו מגנטיים ועל-כן הם אינם מוליכי-על. "מוליכות-על ומגנטיות נוטות לדחות אחת את השנייה. בכדי להשיג מוליכות-על, עלייך ל"העלים" את המגנטיות," מסביר החוקר.
מבין העופרות הנדירות, אירופיום הוא הסביר ביותר לאבד את המגנטיות שלו תחת לחץ גבוה בשל מבנהו האלקטרוני. במצבן המוצק, כמעט כל העופרות הנדירות הינן טרי-ולנטיות, כלומר כל אטום שלהן מסוגל ל"שחרר" שלושה אלקטרונים לשם הולכת חשמל.
"אולם, כאשר אטומי אירופיום נדחסים ליצירת מוצק, נותרים רק שני אלקטרונים חופשיים לכל אטום והיסוד נשאר מגנטי. הפעלת לחץ מספיק מביאה לשחרורו החוצה של אלקטרון שלישי ומתכת האירופיום הופכת לטרי-וולנטית. במצבו זה היסוד אינו מגנטי יותר, כך שמתקבלת האפשרות להפיכתו למוליך-על בתנאים המתאימים," מוסיף החוקר הראשי.
החוקרים השתמשו בסדן יהלום לשם יצירת לחץ גבוה שכזה על דגימת אירופיום. אטם מתכתי עגול מפריד בין שני סדני יהלום (0.17 קראט) מנוגדים בעלי פאות שקוטרן 0.18 מילימטרים. הדגימה מוכנסת לחריר זעיר באטם ונלחצת ע"י הפאות של סדני היהלום. לחץ מופעל על הדגימה ע"י ניפוחה בזרם של גז הליום. כיוון ששטח המגע זעיר ביותר, הרי שכמות קטנה של לחץ גז (שישים אטמוספרות) יוצרת כוח אדיר (15 טונות) על הדגימה, כך שהלחץ האפקטיבי המופעל עליה גבוה ביותר.
חומרים מוליכי-על הינם בעלי תכונות מגנטיות ואלקטרוניות ייחודיות. אין בהם התנגדות חשמלית, כך שתיאורטית זרם חשמלי יזרום בהם לעד, והם דיאמגנטיים, כלומר – מגנט שיונח מעליהם ירחף באוויר.
מאפיינים אלו יכולים להיות מנוצלים ליצירת מגנטים עוצמתיים עבור דימות רפואי, ליצירת קווי-חשמל ומתח המובילים חשמל באופן יעיל או ליצירת מחוללי-כוח (גנראטורים) יעילים יותר.
אולם, עדיין לא ידועים חומרים שהינם מוליכי-על בטמפרטורת החדר ובלחץ אטמוספרי רגיל. כל החומרים הידועים היום כמוליכי-העל חייבים להיות מקוררים לטמפרטורת נמוכות באופן קיצוני או להידחס בלחצים גבוהים.
"בלחץ רגיל, הטמפרטורה הגבוהה ביותר שבה חומר ידוע הופך למוליך-על הינה מינוס 139.15 מעלות צלסיוס. חומר זה בעייתי מכיוון שהוא תערובת של חמישה יסודות שונים. החוקרים עדיין לא מבינים מדוע דווקא חומר זה הוא מוליך-על כה טוב," מסביר החוקר.
למדענים אין מספיק הבנה תיאורטית שתאפשר להם לתכנן שילוב יעיל של יסודות שונים שיהפוך למוליך-על בטמפרטורת החדר ובלחץ רגיל. ממצאי מחקר זה מספקים מידע נוסף שיוכל לסייע בהבנת המודלים התיאורטיים הנוכחיים המסבירים את תופעת מוליכות-העל.
"באופן תיאורטי, קל להבין את תכונותיהם של יסודות מוצקים מכיוון שהם מורכבים מסוג יחיד של אטומים," מסביר החוקר. "אולם, ע"י הפעלת לחץ אנו מסוגלים להביא את המוצק לתחום פיסיקלי חדש בו לתיאוריות הנוכחיות שלנו יש קושי בהבנתו. "כאשר נבין את התנהגות היסודות בתחומים חדשים אלו, אולי נוכל להקיש מכך לשילוב של יסודות לקבלת תרכובות חדשות שתוכלנה להוליך-על בטמפרטורות גבוהות יותר."