Trykket er slukket, og høj temperatur superledningsevne forbliver

I et kritisk næste skridt hen imod superledning ved stuetemperatur ved omgivende tryk, Paul Chu, Grundlægger og chefforsker ved Texas Center for Superconductivity ved University of Houston (T _c SUH), Liangzi Deng, forskningsassistent i fysik ved T _c SUH, og deres kolleger hos T _c SUH udtænkte og udviklede en tryk-quench (PQ) teknik, der bevarer den trykforstærkede og/eller -inducerede høje overgangstemperatur (T) _c ) fase selv efter fjernelse af det påførte tryk, der genererer denne fase.

Pengcheng Dai, professor i fysik og astronomi ved Rice University og hans gruppe, og Yanming Ma, Dekan for College of Physics ved Jilin University, og hans gruppe bidrog til succesfuldt at demonstrere muligheden for tryk-quench-teknikken i en model højtemperatur superleder, jernselenid (FeSe). Resultaterne blev offentliggjort i tidsskriftet Procedurer fra National Academy of Sciences .

"Vi udledte trykdæmpningsmetoden fra dannelsen af ​​den menneskeskabte diamant af Francis Bundy fra grafit i 1955 og andre metastabile forbindelser, " sagde Chu. "Grafit bliver til en diamant, når den udsættes for højt tryk ved høje temperaturer. Efterfølgende hurtig trykdæmpning, eller fjernelse af tryk, efterlader diamantfasen intakt uden tryk. "

Chu og hans team anvendte det samme koncept på et superledende materiale med lovende resultater.

"Jernselenid betragtes som en simpel højtemperatursuperleder med en overgangstemperatur (T _c ) for overgang til en superledende tilstand ved 9 Kelvin (K) ved omgivende tryk, "sagde Chu.

"Da vi lagde pres, den T _c øget til ~ 40 K, mere end en firdobling af det ved omgivende, gør os i stand til utvetydigt at skelne den superledende PQ-fase fra den oprindelige un-PQ-fase. Vi forsøgte derefter at bibeholde den højtryksforstærkede superledende fase efter at have fjernet trykket ved hjælp af PQ-metoden, og det viser sig, at vi kan."

Dr. Chu og kollegers præstation bringer videnskabsmænd et skridt tættere på at realisere drømmen om stuetemperatur superledning ved omgivende tryk, for nylig rapporteret i hydrider kun under ekstremt højt tryk.

Superledning er et fænomen opdaget i 1911 af Heike Kamerlingh Onnes ved at afkøle kviksølv under dets overgang T _c på 4,2 K, opnås ved hjælp af flydende helium, hvilket er sjældent og dyrt. Fænomenet er dybtgående på grund af superlederens evne til at udvise nul modstand, når elektricitet bevæger sig gennem en superledende ledning og dens udvisning af magnetfelt genereret af en magnet. Efterfølgende dets store potentiale inden for energi- og transportsektoren blev straks anerkendt.

For at betjene en superledende enhed, man skal afkøle den til under dens T _c , som kræver energi. Jo højere T _c , jo mindre energi er der brug for. Derfor, hæve T _c med det ultimative mål om stuetemperatur på 300 K har været drivkraften for forskere inden for superledningsforskning siden dets opdagelse.

I strid med den dengang herskende tro på, at T _c kunne ikke overstige 30'ernes K, Paul Chu, og kolleger opdagede superledning i en ny familie af forbindelser ved 93 K i 1987, kan opnås ved blot at bruge det billige, omkostningseffektiv industriel kølevæske af flydende nitrogen. T _c er løbende blevet hævet siden til 164 K af Chu et al. og andre efterfølgende grupper af videnskabsmænd. For nylig en T _c på 287 K blev opnået af Dias et al. fra Rochester University i kulstof-hydrogen-sulfid under 267 gigapascal (GPa).

Kort sagt, fremrykningen af ​​T _c til stuetemperatur er faktisk inden for rækkevidde. Men for fremtidig videnskabelig og teknologisk udvikling af hydrider, karakterisering af materialer og fremstilling af enheder ved omgivende tryk er nødvendig.

"Vores metode giver os mulighed for at gøre materialet superledende med højere T _c uden pres. Det giver os endda mulighed for at bibeholde den ikke-superledende fase, der kun eksisterer i FeSe over 8 GPa, ved omgivelserne. Der er ingen grund til, at teknikken ikke lige kan anvendes på de hydrider, der har vist tegn på superledning med et T _c nærmer sig stuetemperatur."

Præstationen bringer det akademiske samfund tættere på stuetemperatur superledning (RTS) uden pres, hvilket ville betyde allestedsnærværende praktiske anvendelser for superledere fra det medicinske område, gennem kraftoverførsel og opbevaring til transport, med stød, når der bruges elektricitet.

Superledning som et middel til at forbedre elproduktion, opbevaring og transmission er ikke en ny idé, men det kræver yderligere forskning og udvikling at blive udbredt, før stueledningstemperaturens superledning bliver en realitet. Kapaciteten til nul elektrisk modstand betyder, at der kan genereres energi, overføres og opbevares uden tab – en enorm lavprisfordel. Imidlertid, nuværende teknologi kræver, at den superledende enhed holdes ved meget lave temperaturer for at bevare sin unikke tilstand, som stadig kræver ekstra energi som en overhead, for ikke at nævne den potentielle fare ved utilsigtet fejl i kølesystemet. Derfor, en RTS-superleder uden ekstra pres for at opretholde dens gavnlige egenskaber er en nødvendighed for at komme videre med mere praktiske anvendelser.

Egenskaberne ved superledning baner også vejen for en konkurrent til det berømte kugletog set i hele Østasien:et maglev-tog. Forkortelse for "magnetisk levitation, " det første maglev-tog bygget i Shanghai i 2004 udvidede med succes brugen i Japan og Sydkorea og er under overvejelse til kommerciel drift i USA. Ved tophastigheder på 375 miles i timen, langrendsflyvninger ser en hurtig konkurrent i maglev-toget. En superleder ved stuetemperatur kunne hjælpe Elon Musk med at realisere sin drøm om en "hyperloop" til at rejse med en hastighed på 1000 miles i timen.

Denne vellykkede implementering af PQ-teknikken på superledere ved stuetemperatur diskuteret i Chu og Dengs papir er afgørende for at gøre superledere mulige til allestedsnærværende praktiske anvendelser.

Nu er gåden med RTS ved omgivende tryk endnu tættere på at blive løst.