Ricercatori dell'Università di Houston che esplorano i limiti della superconduttività a temperatura ambiente.
In parole povere, superconduttività tra due o più oggetti significa zero spreco di elettricità. Significa che l'elettricità viene trasferita tra questi oggetti senza alcuna perdita di energia.
Molti elementi e minerali presenti in natura come piombo e mercurio hanno proprietà superconduttrici. E ci sono applicazioni moderne che attualmente utilizzano materiali con proprietà superconduttive, tra cui macchine per la risonanza magnetica, treni a levitazione magnetica, motori elettrici e generatori.
Di solito, la superconduttività nei materiali si verifica in ambienti a bassa temperatura o ad alte temperature a pressioni molto elevate. Il Santo Graal della superconduttività oggi è trovare o creare materiali in grado di trasferire energia tra loro in un ambiente a temperatura ambiente non pressurizzato.
Se l'efficienza dei superconduttori a temperatura ambiente potesse essere applicata su larga scala per creare sistemi di trasmissione di energia elettrica altamente efficienti per l'industria, il commercio e i trasporti, sarebbe rivoluzionario. Il dispiegamento della tecnologia dei superconduttori a temperatura ambiente a pressione atmosferica accelererebbe l'elettrificazione del nostro mondo per il suo sviluppo sostenibile. La tecnologia ci consente di fare più lavoro e utilizzare meno risorse naturali con minori sprechi per preservare l'ambiente.
Esistono alcuni sistemi di materiali superconduttori per la trasmissione elettrica in varie fasi di sviluppo. Nel frattempo, i ricercatori dell'Università di Houston stanno conducendo esperimenti per cercare la superconduttività in un ambiente a temperatura ambiente e pressione atmosferica.
Paul Chu, direttore fondatore e capo scienziato del Texas Center for Superconductivity at UH e Liangzi Deng, assistente professore di ricerca, hanno scelto FeSe (Iron (II) Selenide) per i loro esperimenti perché ha una struttura semplice e anche un ottimo Tc (temperatura critica superconduttiva) potenziamento sotto pressione.
Chu e Deng hanno sviluppato un processo di estinzione della pressione (PQP), in cui prima applicano pressione ai loro campioni a temperatura ambiente per migliorare la superconduttività, li raffreddano a una temperatura più bassa scelta e quindi rilasciano completamente la pressione applicata, pur mantenendo le proprietà superconduttive potenziate.
Il concetto di PQP non è nuovo, ma il PQP di Chu e Deng è la prima volta che viene utilizzato per mantenere la superconduttività potenziata ad alta pressione in un superconduttore ad alta temperatura (HTS) a pressione atmosferica. I risultati sono pubblicati nel Giornale di superconduttività e nuovo magnetismo.
“Sprechiamo circa il 10% della nostra elettricità durante la trasmissione, è un numero enorme. Se avessimo superconduttori per trasmettere elettricità con zero sprechi di energia, cambieremmo sostanzialmente il mondo, i trasporti e la trasmissione di elettricità sarebbero rivoluzionati”, ha affermato Chu. "Se questo processo può essere utilizzato, possiamo creare materiali che potrebbero trasmettere elettricità dal luogo in cui la produci fino a luoghi a migliaia di chilometri di distanza senza perdita di energia".
Il loro processo è stato ispirato dal compianto Pol Duwez, un importante scienziato dei materiali, ingegnere e metallurgista presso il California Institute of Technology, il quale ha sottolineato che la maggior parte delle leghe utilizzate nelle applicazioni industriali sono metastabili o chimicamente instabili a pressione atmosferica e temperatura ambiente, e queste le fasi metastabili possiedono proprietà desiderate e/o migliorate che mancano alle loro controparti stabili, hanno notato Chu e Deng nel loro studio.
Esempi di questi materiali includono diamanti, materiali per la stampa 3D ad alta temperatura, fosforo nero e persino rame al berillio, che viene utilizzato in particolare per realizzare strumenti da utilizzare in ambienti altamente esplosivi come piattaforme petrolifere e elevatori per cereali.
"L'obiettivo finale di questo esperimento era aumentare la temperatura al di sopra della temperatura ambiente mantenendo le proprietà superconduttive del materiale", ha detto Chu. "Se ciò può essere ottenuto, la criogenia non sarà più necessaria per azionare macchine che utilizzavano materiale superconduttore come una macchina per risonanza magnetica ed è per questo che ne siamo entusiasti".
Riferimento: "The Retention and Study of High-Pressure-Induced Phases in High- and Room-Temperature Superconductors" di CW Chu, LZ Deng e Z. Wu, 20 gennaio 2022, Giornale di superconduttività e nuovo magnetismo.
DOI: 10.1007/s10948-021-06117-0
