Diamantamboltcelle

Fysikere går videre i kapløbet om superledning ved stuetemperatur

Et hold fysikere fra UNLVs Nevada Extreme Conditions Lab (NEXCL) brugte en diamantamboltcelle, en forskningsenhed, der ligner den på billedet, i deres forskning for at sænke det nødvendige tryk for at observere et materiale, der er i stand til superledning ved stuetemperatur. Fotokredit: Billede udlånt af NEXCL

For mindre end to år siden blev den videnskabelige verden chokeret over opdagelsen af ​​et materiale, der er i stand til superledning ved stuetemperatur. Nu har et hold fysikere fra University of Nevada Las Vegas (UNLV) skruet op ved at gengive bedriften ved at bruge de laveste tryk, der nogensinde er registreret.

For at være klar, er videnskaben tættere end nogensinde på et brugbart, replikerbart materiale, der en dag kan revolutionere energitransporten.

I 2020 blev internationale overskrifter skabt af den første opdagelse af superledning ved stuetemperatur af UNLV-fysiker Ashkan Salamat og hans kollega Ranga Dias, en fysiker ved University of Rochester. For at opnå bedriften syntetiserede forskerne kemisk en blanding af kulstof, svovl og brint, først til en metallisk tilstand og derefter endnu længere ind i en superledende tilstand ved stuetemperatur, ved hjælp af ekstremt højt tryk – 267 gigapascal – forhold, som man finder i naturen. kun i nærheden af ​​jordens centrum under forhold.

Spol frem mindre end to år, og forskere er nu i stand til at fuldføre bedriften med kun 91 GPa – omkring en tredjedel af det tryk, der oprindeligt blev rapporteret. De nye resultater blev offentliggjort som en foreløbig artikel i tidsskriftet kemisk kommunikation denne måned.

En super opdagelse

Ved at finjustere sammensætningen af ​​kulstof, svovl og brint, der blev brugt i det oprindelige gennembrud, er forskerne nu i stand til at producere et materiale ved et lavere tryk, der bevarer sin superledende tilstand.

“Dette er tryk på niveauer, som er svære at forstå og evaluere uden for laboratoriet, men vores nuværende udvikling viser, at det er muligt at opnå relativt høje superledende temperaturer ved konsekvent lavere tryk – hvilket er vores ultimative mål,” sagde hovedforfatteren til undersøgelsen, Gregory Alexander Smith. en kandidatstuderende forsker ved UNLVs Nevada Extreme Conditions Laboratory (NEXCL). “I sidste ende, hvis vi vil gøre enheder anvendelige til samfundsmæssige behov, er vi nødt til at reducere det pres, der kræves for at producere dem.”

Selvom trykket stadig er meget højt – omkring tusind gange højere end i bunden af ​​Marianergraven i Stillehavet – fortsætter de med at race mod et mål, der næsten er nul. Det er et løb, der tager eksponentielt momentum på UNLV, efterhånden som forskere får en bedre forståelse af det kemiske forhold mellem kulstof, svovl og brint, der udgør materialet.

“Vores viden om forholdet mellem kulstof og svovl udvikler sig hurtigt, og vi finder forhold, der fører til reaktioner, der er bemærkelsesværdigt anderledes og mere effektive end dem, der oprindeligt blev observeret,” sagde Salamat, der leder UNLVs NEXCL og har bidraget til de seneste artikler. læring. “At observere så forskellige fænomener i et lignende system viser simpelthen Moder Naturs rigdom. Der er så meget mere at forstå, og hvert nyt fremskridt bringer os tættere på afgrunden af ​​dagligdags superledende enheder.”

Energieffektivitetens hellige gral

Superledning er et bemærkelsesværdigt fænomen, først observeret for mere end et århundrede siden, men kun ved bemærkelsesværdigt lave temperaturer, der varslede enhver tanke om praktisk anvendelse. Det var først i 1960’erne, at forskerne teoretiserede, at bedriften kunne være mulig ved højere temperaturer. Opdagelsen i 2020 af en stuetemperatur-superleder af Salamat og kolleger begejstrede det videnskabelige samfund til dels, fordi teknologien understøtter strømmen af ​​elektricitet uden modstand, hvilket betyder, at energi, der strømmer gennem et kredsløb, kan ledes på ubestemt tid og uden tab af ydeevne. Dette kan have betydelige konsekvenser for energilagring og -transmission, hvilket understøtter alt fra bedre mobiltelefonbatterier til et mere effektivt energinet.

“Den globale energikrise viser ingen tegn på opbremsning, og omkostningerne stiger delvist på grund af et amerikansk energinet, der taber omkring 30 milliarder dollars årligt på grund af den nuværende teknologis ineffektivitet,” sagde Salamat. “Samfundsmæssige forandringer kræver, at vi er på forkant med teknologien, og jeg tror på, at dagens arbejde er på forkant med morgendagens løsninger.”

Ifølge Salamat kan superlederes egenskaber understøtte en ny generation af materialer, der fundamentalt kan transformere energiinfrastrukturen i USA og videre.

“Forestil dig at tage energi i Nevada og sende den på tværs af landet uden energitab,” sagde han. “Denne teknologi kunne gøre det muligt en dag.”

Reference: “Carbonindhold driver høj-temperatur superledning i et kulholdigt svovlhydrid under 100 GPa” af G. Alexander Smith, Ines E. Collings, Elliot Snider, Dean Smith, Sylvain Petitgirard, Jesse S. Smith, Melanie White, Elyse Jones, Paul Ellison, Keith V. Lawler, Ranga P. Dias og Ashkan Salamat, 7. juli 2022, kemisk kommunikation.
DOI: 10.1039/D2CC03170A

Smith, hovedforfatteren, er en tidligere UNLV-studerende forsker i Salamats laboratorium og er i øjeblikket ph.d.-studerende i kemi og forskning ved NEXCL. Yderligere undersøgelsesforfattere omfatter UNLV’s Salamat, Dean Smith, Paul Ellison, Melanie White og Keith Lawler; Ranga Dias, Elliot Snider og Elyse Jones fra University of Rochester; Ines E. Collings fra de schweiziske føderale laboratorier for materialetestning og forskning, Sylvain Petitgirard fra ETH Zürich; og Jesse S. Smith fra Argonne National Laboratory.

Leave a Comment

Your email address will not be published.