Højtemperatur superledning i B-dopet Q-carbon

Forskere ved North Carolina State University har øget temperaturen betydeligt, ved hvilken kulstofbaserede materialer fungerer som superledere, ved hjælp af en roman, bor-dopet Q-carbon materiale.

Den tidligere rekord for superledning i bor-dopet diamant var 11 Kelvin, eller minus 439,60 grader Fahrenheit. Det bor-dopede Q-carbon har vist sig at være superledende fra 37K til 57K, hvilket er minus 356,80 grader F.

"At gå fra 11K til 57K er et stort spring for konventionel BCS -superledning, "siger Jay Narayan, John C. Fan Distinguished Chair Professor i materialevidenskab og teknik ved NC State og seniorforfatter af to artikler, der beskriver arbejdet. BCS refererer til Bardeen-Cooper-Schrieffer teorien om superledning.

Regelmæssige ledende materialer leder elektricitet, men meget af den energi går tabt under transmissionen. Superledere kan håndtere meget højere strømme pr. Kvadratcentimeter og mister stort set ingen energi gennem transmission. Imidlertid, superledere har kun disse ønskelige egenskaber ved lave temperaturer. At identificere måder at opnå superledning ved højere temperaturer - uden at anvende højt tryk - er et aktivt område inden for materialeforskning.

For at lave det bor-dopede Q-carbon, forskerne dækker et substrat med en blanding af amorft carbon og bor. Blandingen rammes derefter med en enkelt laserpuls, der kun varer et par nanosekunder. Under denne puls, temperaturen af ​​kulstoffet hæves til 4, 000 Kelvin og derefter hurtigt slukket.

"Ved at inkorporere bor i Q-carbon fjerner vi materialets ferromagnetiske egenskaber og giver det superledende egenskaber, "Siger Narayan." Indtil videre, hver gang vi har øget mængden af ​​bor, temperaturen, ved hvilken materialet bevarer sine superledende egenskaber, er steget.

"Denne proces øger tætheden af ​​bærerstater nær Fermi -niveau, "i forhold til bor-dopet diamant, Siger Narayan.

"Materialerne går fremad her, at denne proces tillader en borkoncentration i et kulstofmateriale, der er langt højere, end det ville være muligt at anvende eksisterende ligevægtsmetoder, såsom kemisk dampaflejring, "Siger Narayan." Ved hjælp af ligevægtsmetoder, du kan kun inkorporere bor i Q -carbon til 2 atomprocent - to ud af hver 100 atomer. Ved hjælp af vores laserbaserede, ikke-ligevægtsproces, vi har nået niveauer helt op til 27 atomprocent. "

Den højere koncentration af bor er det, der giver materialet dets superledende egenskaber ved en højere temperatur.

"Oak Ridge National Laboratory har bekræftet vores fund om højere densitet af stater ved hjælp af elektronenergitabspektroskopi, "Siger Narayan.

"Vi planlægger at optimere materialet for at øge temperaturen, hvor det er superledende, "Narayan siger." Dette gennembrud inden for høj temperatur superledningsevne af Q-kulstof er videnskabeligt spændende med en vej til stuetemperatur superledning i roman stærkt bundet, letmassematerialer. Superledningen i Q-carbon har særlig betydning for praktiske anvendelser, da den er gennemsigtig, superhard og hård, biokompatibel, erosions- og korrosionsbestandig. Intet lignende eksisterer i dag.

"Der er allerede lukkede helium-kølesystemer designet til brug med superledere, der let kan nå temperaturer så lave som 10K, "Siger Narayan." B-dopet Q-carbon kan klare op til 43 millioner ampere pr. Kvadratcentimeter ved 21K i nærvær af et to Tesla-magnetfelt. Da vi har demonstreret superledning ved 57K, dette betyder, at det dopede Q-carbon allerede er levedygtigt til applikationer. "

Det seneste papir, "En ny kulbaseret superleder med høj temperatur:B-Doped Q-Carbon, "er offentliggjort i Journal of Applied Physics . Et tidligere papir, "Høj temperatur superledning i bor-dopet Q-carbon, "er offentliggjort i tidsskriftet ACS Nano .