Fyzici vedú preteky o supravodivosť pri izbovej teplote

Pred menej ako dvoma rokmi svet vedy šokoval objav materiálu schopného supravodivosti pri izbovej teplote. Teraz tím fyzikov z University of Nevada Las Vegas (UNLV) opäť postúpil tým, že reprodukoval výkon pri najnižšom zaznamenanom tlaku.

Aby bolo jasné, znamená to, že veda je bližšie k použiteľnému, replikovateľnému materiálu, ktorý by jedného dňa mohol spôsobiť revolúciu v preprave energie.

Discovery sa v roku 2020 dostal na medzinárodné titulky Prvýkrát supravodivosť pri izbovej teplote od fyzika UNLV Ashkana Salamata a spolupracovníka Ranga Diasa, fyzika z University of Rochester. Na dosiahnutie tohto úspechu vedci chemicky syntetizovali zmes uhlíka, síry a vodíka najskôr v kovovom stave a potom ešte ďalej do supravodivého stavu pri izbovej teplote za použitia extrémne vysokého tlaku – 267 gigapascalov. Príroda blízko stredu Zeme.

Rýchly posun vpred za menej ako dva roky a výskumníci sú teraz schopní dosiahnuť tento výkon len na 91 GPA – asi tretina tlaku pôvodne uvádzaného. Nové zistenia boli publikované ako predbežný článok v časopise chemická komunikácia tento mesiac,

super objav

Vďaka podrobnému vyladeniu štruktúry uhlíka, síry a vodíka použitých pri pôvodnom objave sú teraz výskumníci schopní vyrobiť materiál pri nízkych tlakoch, ktorý si zachováva stav supravodivosti.

Vedúci autor štúdie Gregory Alexander Smith povedal: „Toto sú tlaky na úrovniach, ktoré je ťažké pochopiť a vyhodnotiť mimo laboratória, ale naša súčasná trajektória ukazuje, že je možné dosiahnuť relatívne vysoké supravodivé teploty pri trvalo nízkych tlakoch – čo je náš konečný cieľ. “ postgraduálny študentský výskumník s UNLV Laboratórium extrémnych podmienok v Nevade (NEXCL). „V konečnom dôsledku, ak chceme vyrábať zariadenia prospešné pre spoločenské potreby, musíme znížiť tlak potrebný na ich výrobu.“

Aj keď je tlak stále veľmi vysoký – asi tisíckrát vyšší, ako by ste zažili na dne priekopy Mariana v Tichom oceáne – stále sa rútia k cieľu takmer nuly. Ide o preteky, ktoré v UNLV rýchlo naberajú na sile, keďže výskumníci lepšie chápu chemické interakcie medzi uhlíkom, sírou a vodíkom, ktoré tvoria materiál.

Salamat povedal: „Naše znalosti o vzťahu medzi uhlíkom a sírou rýchlo napredujú a nachádzame pomery, ktoré prinášajú pozoruhodne odlišné a účinnejšie reakcie, než aké boli pozorované na začiatku.“ štúdium. „Vidieť také odlišné javy v podobnom systéme ukazuje bohatstvo matky prírody. Je toho oveľa viac, čo treba pochopiť, a každý nový pokrok nás približuje k rozlúšteniu každodenných supravodivých zariadení.“

Svätý grál energetickej účinnosti

Supravodivosť je pozoruhodný fenomén, ktorý bol prvýkrát pozorovaný pred viac ako storočím, ale len pri pozoruhodne nízkych teplotách, ktoré znemožňovali akúkoľvek predstavu o praktickom použití. Až v šesťdesiatych rokoch minulého storočia vedci dokázali, že tento výkon je možný pri vysokých teplotách. Objav Salamata a kolegov supravodiča pri izbovej teplote v roku 2020 vzrušil vedecký svet čiastočne preto, že technológia podporuje elektrický prúd s nulovým odporom, čo znamená, že energia prechádzajúca obvodom môže byť nekonečne vzdialená a môže byť prevádzkovaná z a bez straty energie. To by mohlo mať veľké dôsledky na skladovanie a prenos energie, čo by podporovalo všetko od lepších batérií mobilných telefónov až po efektívnejšie energetické siete.

„Globálna energetická kríza nevykazuje žiadne známky spomalenia a náklady rastú kvôli americkej energetickej sieti, ktorá ročne stráca približne 30 miliárd dolárov v dôsledku neefektívnosti súčasnej technológie,“ povedal Salamat. „Pre sociálnu zmenu musíme byť na čele s technológiou a verím, že to, čo sa robí dnes, je v popredí riešení zajtrajška.“

Podľa Salamatu by vlastnosti supravodičov mohli podporiť novú generáciu materiálov, ktoré by mohli radikálne zmeniť energetickú infraštruktúru USA aj mimo nej.

„Predstavte si, že využijete energiu v Nevade a pošlete ju po celej krajine bez akejkoľvek straty energie,“ povedal. „Táto technológia to jedného dňa možno umožní.“

Referencia: „Obsah uhlíka poháňa vysokoteplotnú supravodivosť v karbonizovaných sírových hydridoch pod 100 GPa“ od G. Alexander Smith, Ines E. Collings, Elliot Snyder, Dean Smith, Sylvain Petitgirard, Jesse S. Smith, Melanie White, Alice Jones, Paul Ellison, Keith V. Lawler, Ranga P. Dias a Ashkan Salamat, 7. júla 2022, chemická komunikácia,
DOI: 10.1039/D2CC03170A

Smith, hlavný autor, je bývalým postgraduálnym výskumníkom UNLV v laboratóriu Salamat a súčasným doktorandom v oblasti chémie a výskumu s NEXCL. Medzi ďalších autorov štúdie patria Salamat, Dean Smith, Paul Ellison, Melanie White a Keith Lawler s UNLV; Ranga Dias, Elliot Snyder a Alice Jones z University of Rochester; So Švajčiarskymi federálnymi laboratóriami pre vedu a technológiu materiálov Ines E. Sylvain Petitgirard s Calling, ETH Zurich; a Jesse S. Smith z Argonne National Laboratory.