Magnesiumdiborid bliver superledende ved en højere temperatur, når det strækkes

Forskere ved Linköpings Universitet har ved hjælp af en række teoretiske beregninger vist, at magnesiumdiborid bliver superledende ved en højere temperatur, når det strækkes. Opdagelsen er et stort skridt i retning af at finde superledende materialer, der er nyttige i virkelige situationer.

"Magnesiumdiborid eller MgB₂ er et interessant materiale. Det er et hårdt materiale, der f.eks. bruges i flyproduktion, og normalt bliver det superledende ved en relativt høj temperatur, 39 K, eller -234 C°," siger Erik Johansson, der for nylig har afsluttet sin doktorgrad ved Afdelingen for Teoretisk Fysik.

Erik Johansson er også hovedforfatter til en artikel offentliggjort i Journal of Applied Physics der har tiltrukket sig bred opmærksomhed. Resultaterne er af redaktøren blevet identificeret som særligt vigtige for fremtiden.

"Magnesiumborid har en ukompliceret struktur, som gør, at beregningerne på supercomputerne her på National Supercomputer Center i Linköping kan fokusere på komplekse fænomener som superledning," siger han.

Adgang til vedvarende energi er grundlæggende for en bæredygtig verden, men selv vedvarende energi forsvinder i form af tab under transmission i de elektriske net. Disse tab skyldes, at selv materialer, der er gode ledere, har en vis modstand, hvilket resulterer i tab i form af varme. Af denne grund forsøger forskere verden over at finde materialer, der er superledende, det vil sige, som leder elektricitet uden tab overhovedet. Sådanne materialer findes, men superledningsevne opstår for det meste meget tæt på absolut 0, dvs. 0 K eller -273,15 °C. Mange års forskning har resulteret i komplicerede nye materialer med en maksimal kritisk temperatur på måske 200 K, det vil sige -73 °C. Ved temperaturer under den kritiske temperatur bliver materialerne superledende. Forskning har også vist, at superledning kan opnås i visse metalliske materialer ved ekstremt højt tryk.

Hvis det lykkes forskerne at øge den kritiske temperatur, vil der være større muligheder for at bruge fænomenet superledning i praktiske anvendelser.

"Hovedmålet er at finde et materiale, der er superledende ved normalt tryk og stuetemperatur. Det smukke ved vores undersøgelse er, at vi præsenterer en smart måde at øge den kritiske temperatur på uden at skulle bruge massivt højt tryk, og uden at bruge komplicerede strukturer eller følsomme materialer. Magnesiumdiborid opfører sig modsat mange andre materialer, hvor højt tryk øger evnen til superledning. I stedet kan vi her strække materialet med nogle få procent og få en enorm stigning i den kritiske temperatur," siger Erik Johansson .

I nanoskalaen vibrerer atomerne selv i virkelig hårde og solide materialer. I forskernes beregninger af magnesiumdiborid kommer det frem, at når materialet strækkes, trækkes atomerne væk fra hinanden, og frekvensen af ​​vibrationerne ændres. Det betyder, at i dette materiale stiger den kritiske temperatur – i ét tilfælde fra 39 K til 77 K. Hvis magnesiumdiborid i stedet udsættes for højt tryk, falder dets superledningsevne.

Opdagelsen af ​​dette fænomen baner vejen for beregninger og test af andre lignende materialer eller materialekombinationer, der kan øge den kritiske temperatur yderligere.

"En mulighed kunne være at blande magnesiumdiborid med et andet metaldiborid og skabe en nanolabyrint af strakt MgB₂ med en høj superledende temperatur," siger Björn Alling, docent og lektor ved afdelingen for teoretisk fysik og direktør for National Supercomputer Center ved Linköping University. + Udforsk yderligere

Forskere udvikler en trykdæmpningsproces for at øge superledningsevnen mod målet om at spilde nul energi