Fysikere fremkalder superledning i ikke-superledende materialer

Forskere ved University of Houston har rapporteret en ny metode til at fremkalde superledning i ikke-superledende materialer, demonstrere et koncept, der blev foreslået for årtier siden, men aldrig bevist.

Teknikken kan også bruges til at øge effektiviteten af ​​kendte superledende materialer, foreslår en ny måde at fremme superledernes kommercielle levedygtighed på, sagde Paul C.W. Chu, chefforsker ved Texas Center for Superconductivity ved UH (TcSUH) og tilsvarende forfatter til et papir, der beskriver arbejdet, offentliggjort 31. oktober i Procedurer fra National Academy of Sciences .

"Superledelse bruges i mange ting, hvoraf MR (magnetisk resonansbilleddannelse) måske er den bedst kendte, "sagde Chu, fysikeren, der besidder TLL Temple Chair of Science ved UH. Men den teknologi, der bruges i sundhedsvæsenet, forsyningsselskaber og andre felter er stadig dyre, dels fordi det kræver dyr køling, som har begrænset udbredt adoption, han sagde.

Forskningen, demonstrere en ny metode til at drage fordel af samlede grænseflader til at fremkalde superledning i den ikke-superledende forbindelse calciumjernarsenid, tilbyder en ny tilgang til at finde superledere, der arbejder ved højere temperaturer.

Superledende materialer leder elektrisk strøm uden modstand, mens traditionelle transmissionsmaterialer mister så meget som 10 procent af energien mellem den producerende kilde og slutbrugeren. Det betyder, at superledere kunne give forsyningsselskaber mulighed for at levere mere elektricitet uden at øge mængden af ​​brændstof, der bruges til at generere elektricitet.

"En måde, der længe er blevet foreslået for at opnå forbedrede Tcs (kritisk temperatur, eller den temperatur, ved hvilken et materiale bliver superledende) er at drage fordel af kunstigt eller naturligt sammensatte grænseflader, "forskerne skrev." Det foreliggende arbejde viser klart, at høj Tc-superledningsevne i den velkendte ikke-superledende forbindelse CaFe2As2 (calciumjernarsenid) kan induceres af antiferromagnetisk/metallisk lagstablering og giver det mest direkte bevis til dato for grænsefladen -forbedret Tc i denne forbindelse. "

Chus medforfattere på papiret inkluderer hovedforfatter Kui Zhao, en ny UH -kandidat nu på Advanced MicroFabrication Equipment Inc. i Shanghai; Liangzi Deng, Shu-Yuan Huyan og Yu-Yi Xue, begge tilknyttet UH Institut for Fysik og TcSUH, og Bing Lv, en materialefysiker, der for nylig flyttede til University of Texas-Dallas.

Konceptet om, at superledelse kunne induceres eller forstærkes på det tidspunkt, hvor to forskellige materialer kommer sammen - grænsefladen - blev først foreslået i 1970'erne, men var aldrig blevet endeligt påvist, Sagde Chu. Nogle tidligere forsøg med forbedret superledende kritisk temperatur kunne ikke udelukke andre effekter på grund af stress eller kemisk doping, som forhindrede verifikation, han sagde.

For at validere konceptet, forskere, der arbejder i omgivelsestryk, udsatte den udopede calciumjernarsenidforbindelse for varme - 350 grader Celsius, betragtes som relativt lav temperatur for denne procedure - i en proces kendt som annealing. Forbindelsen dannede to forskellige faser, med den ene fase i stigende grad konverteret til den anden, jo længere tid var prøven glødet. Chu sagde, at ingen af ​​de to faser var superledende, men forskere var i stand til at opdage superledning på det tidspunkt, hvor de to faser sameksisterer.

Selvom den superledende kritiske temperatur for prøven produceret gennem processen stadig var relativt lav, Chu sagde, at metoden, der blev brugt til at bevise, at konceptet tilbyder en ny retning i søgen efter mere effektiv, billigere superledende materialer.