A fizikusok haladnak előre a szobahőmérsékletű szupravezetési versenyben

Alig két éve sokkolta a tudomány világát egy olyan anyag felfedezése, amely szobahőmérsékleten képes szupravezetésre. A University of Nevada Las Vegas (UNLV) fizikusaiból álló csapat most ismét megnövelte az előzményeket azzal, hogy ezt a bravúrt a valaha feljegyzett legalacsonyabb nyomáson reprodukálta.

Hogy egyértelmű legyen, ez azt jelenti, hogy a tudomány minden eddiginél közelebb van egy használható, megismételhető anyaghoz, amely egy napon forradalmasíthatja az energiaszállítást.

2020-ban nemzetközi címlapra került felfedezésével Szobahőmérsékletű szupravezetés először Írta: Ashkan Salamat, az UNLV fizikusa és kollégája, Ranja Dias, a Rochesteri Egyetem fizikusa. Ennek a bravúrnak a megvalósítása érdekében a tudósok szén, kén és hidrogén kémiai keverékét először fémes állapotba, majd szobahőmérsékleten szupravezető állapotba hozták, rendkívül magas nyomáson – 267 gigapascal – olyan körülmények között, amilyeneket csak a természetben találhat meg a központ közelében. a Föld.

Kevesebb, mint két éves sebességgel haladva a kutatók most már csak 91 gigapascallal képesek teljesíteni a bravúrt – ez az eredetileg bejelentett nyomás nagyjából egyharmada. Az új eredmények előzetes cikkként jelentek meg a folyóiratban kémiai kommunikáció Ebben a hónapban.

Szuper felfedezés

Az eredeti áttörésnél használt szén-, kén- és hidrogén-összetétel részletes hangolásával a kutatók most olyan alacsony nyomású anyagot tudnak előállítani, amely megőrzi szupravezető képességét.

„Ezek olyan szintű nyomások, amelyeket a laboratóriumon kívül nehéz megérteni és felmérni, de jelenlegi folyamatunk azt mutatja, hogy viszonylag magas vezetési hőmérsékletet lehet elérni állandóan alacsony nyomáson – és ez a végső célunk” – mondta a tanulmány vezetője. szerző Gregory Alexander Smith. Az UNLV posztgraduális hallgatója Extrém körülmények laboratóriuma Nevadában (Nexel). „A nap végén, ha az eszközöket hasznossá akarjuk tenni a társadalom igényeinek kielégítésére, csökkentenünk kell a létrehozásukhoz szükséges nyomást.”

Bár a nyomás még mindig nagyon magas – körülbelül ezerszer nagyobb, mint amit a Csendes-óceáni Mariana-árok alján tapasztalhat –, továbbra is a nullához közeledő cél felé száguldanak. Az UNLV-nél gőzerős verseny folyik, mivel a kutatók jobban megértik az anyagot alkotó szén, kén és hidrogén közötti kémiai kapcsolatot.

„A szén és a kén közötti kapcsolatra vonatkozó ismereteink gyorsan fejlődnek, és olyan arányokat találunk, amelyek jelentősen eltérő és hatékonyabb válaszokhoz vezetnek, mint az eredetileg megfigyelt” – mondta Salamat, aki az UNLV NEXCL-jét irányítja és hozzájárult a legújabb tanulmány elkészítéséhez. „Az ilyen eltérő jelenségek hasonló rendszerben történő megfigyelése csak az anyatermészet gazdagságát mutatja. Annyi mindent meg kell érteni, és minden újabb előrelépés közelebb visz a mindennapi szupravezető eszközök küszöbéhez.”

Az energiahatékonyság Szent Grálja

A szupravezetés egy lenyűgöző jelenség, amelyet először több mint egy évszázaddal ezelőtt figyeltek meg, de csak lényegesen alacsonyabb hőmérsékleten volt kizárva a gyakorlati alkalmazás lehetősége. A tudósok csak az 1960-as években feltételezték, hogy ez a bravúr még magasabb hőmérsékleten is lehetséges. Salamat és munkatársai egy szobahőmérsékletű szupravezető 2020-as felfedezése részben azért izgatta fel a tudomány világát, mert a technológia ellenállás nélkül támogatja az elektromos áramlást, ami azt jelenti, hogy az elektromos áramkörön áthaladó teljesítmény korlátlanul és energiaveszteség nélkül vezethető. Ennek jelentős hatásai lehetnek az energiatárolásra és -átvitelre, mivel a jobb mobiltelefon-akkumulátoroktól a hatékonyabb áramhálózatig mindent támogat.

„A globális energiaválság nem mutatja a lassulás jeleit, a költségek pedig részben azért emelkednek, mert az Egyesült Államok villamosenergia-hálózata évente közel 30 milliárd dollárt veszít a jelenlegi technológia elégtelensége miatt” – mondta Salamat. „A társadalmi változásokhoz vezető szerepet kell vállalnunk a technológiával, és úgy gondolom, hogy a ma folyó munka a holnap megoldásainak élére áll.”

Salamat szerint a szupravezetők tulajdonságai támogathatják az anyagok új generációját, amely alapjaiban változtathatja meg az Egyesült Államok és azon túli energetikai infrastruktúrát.

„Képzelje el, hogy Nevadában hasznosítjuk az energiát, és energiaveszteség nélkül küldjük az egész országba” – mondta. „Ez a technológia egy napon ezt lehetővé teheti.”

Hivatkozás: „A széntartalom növeli a szén-kén-hidrid magas hőmérsékletű szupravezetését 100 GPa alatt” J. Alexander Smith, Innes E. Collings, Elliot Snyder, Dean Smith, Sylvain Pettigerard és Jesse S. Ellison, Keith F. Lawler, Ranja B. Dias és Ashkan Salamat, 2022. július 7., elérhető itt. kémiai kommunikáció.
DOI: 10.1039 / D2CC03170A

Smith, vezető szerző, egykori UNLV-kutató Salamat laboratóriumában, és a NEXCL kémiából és kutatásából jelenleg doktorandusz. A tanulmány további szerzői közé tartozik Salamat, Dean Smith, Paul Ellison, Melanie White és Keith Lawler, az UNLV-től; Ranga Dias, Elliot Snyder és Elise Jones, a Rochesteri Egyetem munkatársa; Ines E. Collings a Svájci Szövetségi Anyagtudományi és Technológiai Laboratóriummal, Sylvain Pettigerard, az ETH Zürich munkatársa; és Jesse S. Smith of Argonne National Laboratory.