Fizicienii avansează în cursa supraconductivității la temperatura camerei

O echipă de fizicieni de la Nevada Extreme Laboratory (NEXCL) al UNLV a folosit o celulă de nicovală Massey, un dispozitiv de cercetare similar cu cel din imagine, în cercetările lor pentru a scădea presiunea necesară monitorizării unui material capabil să supraconducă la temperatura camerei. Credit: Imagine prin amabilitatea NEXCL

Cu mai puțin de doi ani în urmă, lumea științei a fost șocată de descoperirea unui material capabil să supraconducă la temperatura camerei. Acum, o echipă de fizicieni de la Universitatea din Nevada Las Vegas (UNLV) a ridicat din nou antetul, reproducând această performanță la cea mai scăzută presiune înregistrată vreodată.

Pentru a fi clar, asta înseamnă că știința este mai aproape ca niciodată de un material utilizabil, repetabil, care ar putea într-o zi să revoluționeze modul în care este transportată energia.

A făcut titluri internaționale în 2020 prin descoperire Superconductivitate la temperatura camerei pentru prima dată Scris de fizicianul UNLV Ashkan Salamat și de colegul Ranga Dias, fizician la Universitatea din Rochester. Pentru a realiza această performanță, oamenii de știință au transformat un amestec chimic de carbon, sulf și hidrogen mai întâi într-o stare metalică, apoi într-o stare supraconductivă la temperatura camerei, folosind o presiune extrem de mare – 267 gigapascali – condiții pe care le găsiți doar în natură în apropierea centrului pământul.

Avansând cu o viteză de mai puțin de doi ani, cercetătorii sunt acum capabili să finalizeze isprava la doar 91 de gigapascali – aproximativ o treime din presiunea raportată inițial. Noile descoperiri au fost publicate ca un articol avansat în jurnal comunicare chimică Luna aceasta.

Super descoperire

Prin reglarea detaliată a compoziției de carbon, sulf și hidrogen folosită în descoperirea inițială, cercetătorii sunt acum capabili să producă un material sub presiune scăzută care își menține starea de supraconductivitate.

„Acestea sunt presiuni la un nivel greu de înțeles și de evaluat în afara laboratorului, dar cursul nostru actual arată că este posibil să se obțină temperaturi de conducție relativ ridicate la presiuni constant scăzute – și acesta este scopul nostru final”, a spus conducătorul studiului. autorul Gregory Alexander Smith. Cercetător student postuniversitar la UNLV Laboratorul de condiții extreme din Nevada (Nexel). „La finalul zilei, dacă vrem să facem dispozitive utile nevoilor societății, trebuie să reducem presiunea necesară pentru a le crea”.

Deși presiunile sunt încă foarte mari – de aproximativ o mie de ori mai mari decât ceea ce ai putea experimenta la fundul șanțului Marianelor din Oceanul Pacific – ele continuă să alerge către o țintă care se apropie de zero. Este o cursă aburoasă la UNLV, deoarece cercetătorii obțin o mai bună înțelegere a relației chimice dintre carbon, sulf și hidrogen care formează materialul.

„Cunoștințele noastre despre relația dintre carbon și sulf avansează rapid și găsim rapoarte care duc la răspunsuri semnificativ diferite și mai eficiente decât cele observate inițial”, a spus Salamat, care conduce NEXCL la UNLV și a contribuit la cel mai recent studiu. „Observarea unor fenomene atât de diferite într-un sistem similar arată doar bogăția Mamei Natură. Sunt atât de multe de înțeles și fiecare nou progres ne aduce mai aproape de pragul dispozitivelor supraconductoare de zi cu zi.”

Sfântul Graal al eficienței energetice

Supraconductivitatea este un fenomen fascinant observat pentru prima dată cu peste un secol în urmă, dar numai la temperaturi semnificativ mai scăzute orice idee de aplicare practică a fost exclusă. Abia în anii 1960 oamenii de știință au emis ipoteza că această performanță ar putea fi posibilă la temperaturi și mai mari. Descoperirea din 2020 de către Salamat și colegii ai unui supraconductor la temperatura camerei a entuziasmat lumea științei în parte pentru că tehnologia susține fluxul electric fără rezistență, ceea ce înseamnă că puterea care trece printr-un circuit electric poate fi condusă la infinit și fără pierderi de energie. Acest lucru ar putea avea implicații majore pentru stocarea și transmiterea energiei, susținând totul, de la baterii mai bune pentru telefoane mobile până la o rețea electrică mai eficientă.

„Criza energetică globală nu dă semne de încetinire, iar costurile cresc în parte din cauza rețelei electrice americane care pierde anual aproape 30 de miliarde de dolari din cauza ineficienței tehnologiei actuale”, a spus Salamat. „Pentru schimbarea societății, trebuie să conducem cu tehnologia, iar munca care se întâmplă astăzi este, cred, în fruntea soluțiilor de mâine”.

Potrivit lui Salamat, proprietățile supraconductorilor ar putea susține o nouă generație de materiale care ar putea schimba fundamental infrastructura energetică din Statele Unite și nu numai.

„Imaginați-vă să valorificați energia în Nevada și să o trimiteți în toată țara fără nicio pierdere de energie”, a spus el. „Această tehnologie ar putea face acest lucru posibil într-o zi”.

Referință: „Conținutul de carbon crește supraconductivitatea la temperatură înaltă în hidrura de carbon-sulf sub 100 GPa” de J. Alexander Smith, Innes E. Collings, Elliot Snyder, Dean Smith, Sylvain Pettigerard și Jesse S. Ellison, Keith F. Lawler, Ranja B. Dias și Ashkan Salamat, 7 iulie 2022, disponibil aici. comunicare chimică.
DOI: 10.1039 / D2CC03170A

Smith, autorul principal, este un fost cercetător UNLV în laboratorul lui Salamat și actual doctorand în chimie și cercetare cu NEXCL. Autorii studiului suplimentar includ Salamat, Dean Smith, Paul Ellison, Melanie White și Keith Lawler de la UNLV; Ranga Dias, Elliot Snyder și Elise Jones de la Universitatea din Rochester; Ines E. Collings cu Laboratoarele Federale Elvețiene pentru Știința și Tehnologia Materialelor, Sylvain Pettigerard cu ETH Zurich; și Jesse S. Smith de la Laboratorul Național Argonne.