Forskere slår rekord for højeste temperatur superleder

Forskere ved University of Chicago er en del af et internationalt forskerhold, der har opdaget supraledelse - evnen til perfekt at lede elektricitet - ved de højeste temperaturer, der nogensinde er registreret.

Ved at bruge avanceret teknologi på UChicago-tilknyttede Argonne National Laboratory, holdet studerede en klasse af materialer, hvor de observerede superledning ved temperaturer på omkring minus 23 grader Celsius (minus 9 grader Fahrenheit, 250 K) - et spring på cirka 50 grader i forhold til den tidligere bekræftede rekord.

Selvom superledningen skete under ekstremt højt tryk, resultatet er stadig et stort skridt i retning af at skabe superledning ved stuetemperatur - det ultimative mål for forskere at kunne bruge dette fænomen til avancerede teknologier. Resultaterne blev offentliggjort 23. maj i tidsskriftet Natur ; Vitali Prakapenka, en forskningsprofessor ved University of Chicago, og Eran Greenberg, en postdoc ved University of Chicago, er medforfattere af forskningen.

Ligesom en kobbertråd leder elektricitet bedre end et gummirør, visse former for materialer er bedre til at blive superledende, en tilstand defineret af to hovedegenskaber:Materialet tilbyder nul modstand mod elektrisk strøm og kan ikke trænge igennem af magnetfelter. De potentielle anvendelser for dette er lige så store, som de er spændende:elektriske ledninger uden aftagende strøm, ekstremt hurtige supercomputere og effektive magnetiske levitationstog.

Men forskere har tidligere kun været i stand til at skabe superledende materialer, når de afkøles til ekstremt kolde temperaturer - i første omgang minus 240 grader Celsius og for nylig omkring minus 73 grader Celsius. Da en sådan køling er dyr, det har begrænset deres applikationer i hele verden.

Nylige teoretiske forudsigelser har vist, at en ny klasse materialer af superledende hydrider kunne bane vejen for højere temperatur superledningsevne. Forskere ved Max Planck Institute for Chemistry i Tyskland gik sammen med forskere ved University of Chicago for at lave et af disse materialer, kaldet lanthansuperhydrider, test dens superledning, og bestemme dens struktur og sammensætning.

Den eneste fangst var, at materialet skulle placeres under ekstremt højt tryk - mellem 150 og 170 gigapascal, mere end halvanden million gange trykket ved havets overflade. Kun under disse højtryksforhold udviste materialet-en lillebitte prøve kun få mikron på tværs-superledning ved den nye rekordtemperatur.

Faktisk, materialet viste tre af de fire egenskaber, der var nødvendige for at bevise supraledelse:Det tabte sin elektriske modstand, reducerede sin kritiske temperatur under et eksternt magnetfelt og viste en temperaturændring, da nogle elementer blev udskiftet med forskellige isotoper. Den fjerde egenskab, kaldet Meissner-effekten, hvor materialet udstøder ethvert magnetfelt, ikke blev opdaget. Det er fordi materialet er så lille, at denne effekt ikke kunne observeres, sagde forskere.

De brugte den avancerede fotonkilde ved Argonne National Laboratory, som giver ultra-lyse, højenergirøntgenstråler, der har muliggjort gennembrud i alt fra bedre batterier til forståelse af Jordens dybe indre, at analysere materialet. I forsøget, forskere fra University of Chicago's Center for Advanced Radiation Sources pressede en lille prøve af materialet mellem to små diamanter for at udøve det nødvendige tryk, brugte derefter strålelinjens røntgenstråler til at undersøge dens struktur og sammensætning.

Fordi de temperaturer, der bruges til at udføre eksperimentet, er inden for normalområdet for mange steder i verden, som får det ultimative mål om stuetemperatur - eller mindst 0 grader Celsius - til at virke inden for rækkevidde.

Teamet fortsætter allerede med at samarbejde om at finde nye materialer, der kan skabe superledning under mere fornuftige forhold.

"Vores næste mål er at reducere det tryk, der er nødvendigt for at syntetisere prøver, at bringe den kritiske temperatur tættere på omgivelserne, og måske endda skabe prøver, der kunne syntetiseres ved høje tryk, men stadig superledelse ved normalt tryk, "Sagde Prakapenka." Vi fortsætter med at søge efter nye og interessante forbindelser, der vil bringe os nye, og ofte uventet, opdagelser. "