Lavt tryk, høje indsatser:Fysikere opnår store gevinster i kapløbet om superledning ved stuetemperatur

Mindre end to år efter at have chokeret videnskabsverdenen med opdagelsen af ​​et materiale, der er i stand til stuetemperatur-superledning, har et hold af UNLV-fysikere skruet op igen ved at gengive bedriften ved det laveste tryk, der nogensinde er registreret.

Med andre ord er videnskaben tættere på, end den nogensinde har været, på et brugbart, replikerbart materiale, der en dag kan revolutionere, hvordan energi transporteres. UNLV-fysiker Ashkan Salamat og kollega Ranga Dias, en fysiker fra University of Rochester, skabte internationale overskrifter i 2020 ved at rapportere superledning ved stuetemperatur for første gang. 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 tryk - 267 gigapascal - forhold, du kun ville finde i naturen nær Jordens centrum. Spol frem mindre end to år, og holdet er nu i stand til at fuldføre bedriften med kun 91 GPa - omkring en tredjedel af presset, der oprindeligt blev rapporteret. De nye resultater blev offentliggjort i denne måned som en forhåndsartikel i tidsskriftet Chemical Communications .

En super opdagelse

Gennem en detaljeret justering af sammensætningen af ​​kulstof, svovl og brint, der blev brugt i det oprindelige gennembrud, er forskerne i stand til at producere et materiale ved et lavere tryk, der bevarer sin superledningstilstand.

"Dette er tryk på et niveau, der er svært at forstå og evaluere uden for laboratoriet, men vores nuværende bane viser, at det er muligt at opnå relativt høje superledende temperaturer ved konsekvent lavere tryk - hvilket er vores ultimative mål," sagde studiets hovedforfatter Gregory Alexander Smith. en kandidatstuderende forsker med UNLVs Nevada Extreme Conditions Laboratory (NEXCL). "I sidste ende, hvis vi ønsker at gøre enheder til gavn for samfundets behov, så er vi nødt til at reducere det nødvendige pres for at skabe dem."

Selvom trykket stadig er højt - omkring tusind gange højere, end du ville opleve i bunden af ​​Stillehavets Mariana-grav - fortsætter de med at race mod et mål på næsten nul. Det er en race, der vinder eksponentielt 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 bemærkelsesværdigt anderledes og mere effektive reaktioner end det, der oprindeligt blev observeret," sagde Salamat, der leder UNLV's NEXCL og har bidraget til den seneste nyhed. undersøgelse. "At observere så forskellige fænomener i et lignende system viser bare 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, der først blev observeret for mere end et århundrede siden, men kun ved bemærkelsesværdigt lave temperaturer, der forhindrede enhver tanke om praktisk anvendelse. Først i 1960'erne teoretiserede forskerne, at bedriften kunne være mulig ved højere temperaturer. Opdagelsen i 2020 af Salamat og kolleger af en superleder ved stuetemperatur begejstrede videnskabsverdenen delvist, fordi teknologien understøtter elektrisk flow med nul modstand, hvilket betyder, at energi, der passerer gennem et kredsløb, kan ledes uendeligt og uden strømtab. Dette kan have store konsekvenser for energilagring og -transmission og 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, som taber omkring 30 milliarder dollars årligt på grund af den nuværende teknologis ineffektivitet," sagde Salamat. "For samfundsmæssige forandringer er vi nødt til at lede med teknologi, og det arbejde, der sker i dag, er, tror jeg, på forkant med morgendagens løsninger."

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

"Forestil dig at udnytte energien i Nevada og sende den på tværs af landet uden energitab," sagde han. "Denne teknologi kan en dag gøre det muligt." + Udforsk yderligere

Under tryk reagerer 'squishy' forbindelse på bemærkelsesværdige måder