Fysikere fandt den temperatur, ved hvilken kulstofnanorør blev superledere

Forskere fra Ural Federal University (UrFU) sammen med deres kolleger fra Lomonosov Moscow State University, har opdaget en matematisk metode til at beregne den temperatur, ved hvilken enkeltvæggede carbon-nanorør blev superledere og udviklede en måde at øge det på, og åbner dermed nye muligheder for anvendelse af superledende materialer. Værket blev offentliggjort i Kulstof tidsskrift.

Superledende materialer, der er i stand til at lede elektricitet uden modstand, bruges i cyklotroner, magnetiske tog, kraftledninger og superfølsomme magnetometre (enheder, der bruges til at måle Jordens magnetfelt). Stadig, hovedproblemet med superledning er, at det udtrykkes ved temperaturer lidt over det absolutte nul (-273 ° C). Hvis et materiale er superledende omkring -70 ° C, det sigter mod en rekord. Lederen blandt alle materialer er hydrogensulfid frosset under utroligt tryk -det bliver en superleder ved -70 ° C.

"Superledning ved stuetemperatur er menneskehedens drøm. F.eks. din mobiltelefon ikke længere skal oplades, og elektricitet kan køre for evigt, "siger Dr. Chi Ho Wong, en postdoc ved Ural Federal University og en medforfatter til værket.

Kulstoffets evne til at danne fladt, et-atom-tykke grafenplader (separate grafitlag) har tiltrukket sig forskernes opmærksomhed. At rulle et sådant ark til at lave et rør producerer en anden interessant struktur-et enkeltvægget carbon-nanorør (SWCNT). Disse strukturer er meget stramme, bryde lys på en usædvanlig måde, og kan bruges på mange områder fra elektronik til biomedicin. Atomer indsat i væggene i sådanne rør kan ændre deres egenskaber, herunder ledningsevne. Det kan afhænge af retningen af ​​sekskanter, der danner carbonlaget, på fyldning af røret, eller på yderligere indsatte eller vedhæftede atomer af andre elementer.

Envæggede carbon nanorør undersøges aktivt som potentielle superledere. Imidlertid, deres diameter er lig med kun 4 angstrom (fire tiendedele af et nanometer), derfor er de tæt på 1-D materialer. Ved temperaturer tæt på absolut nul, såkaldte Cooper-elektronpar dannes inden i dem. I mangel af krumning, Cooper -par dannes ikke, og der observeres ingen superledning.

"Vores opgave var at ændre 1-D-strukturen for at øge temperaturen i superledende overgang, "siger Anatoly Zatsepin, leder af et videnskabeligt forskningslaboratorium ved Institut for Fysik og Teknologi, UrFU. "Det viste sig, at hvis du hober SWCNT'er op, Cooper -par stabiliserer sig, og der dannes en superleder. "Stadig, selv sådanne bunker kræver ganske lave temperaturer for at udvise superledende egenskaber - kun 15 grader over det absolutte nul.

Fysikere fandt en løsning på dette problem. De tilføjede en et-atom-bred carbon "wire" inde i en SWCNT. Selve kæden danner ikke bindinger med rørets atomer, men det får røret til at ændre sin egen geometri og flex.

Da teamet fra UrFU ændrede formen på den interne carbonkæde fra lige til zigzaglignende, det lykkedes dem at øge temperaturen i superledningsevnerens overgang med 45 grader. For at opnå den bedste effekt, zigzags vinkler blev beregnet matematisk, og forudsigelserne viste sig at være korrekte.