Исследователи Хьюстонского университета исследуют пределы сверхпроводимости при комнатной температуре.
Проще говоря, сверхпроводимость между двумя или более объектами означает отсутствие потерь электроэнергии. Это означает, что электричество передается между этими объектами без потери энергии.
Многие встречающиеся в природе элементы и минералы, такие как свинец и ртуть, обладают сверхпроводящими свойствами. И есть современные приложения, в которых в настоящее время используются материалы со сверхпроводящими свойствами, включая машины МРТ, поезда на магнитной подвеске, электродвигатели и генераторы.
Обычно сверхпроводимость в материалах возникает при низких температурах или при высоких температурах при очень высоких давлениях. Святой Грааль сверхпроводимости сегодня заключается в том, чтобы найти или создать материалы, которые могут передавать энергию друг другу в негерметичной среде с комнатной температурой.
Если бы эффективность сверхпроводников при комнатной температуре можно было применить в масштабе для создания высокоэффективных систем передачи электроэнергии для промышленности, торговли и транспорта, это было бы революционно. Развертывание технологии сверхпроводников при комнатной температуре при атмосферном давлении ускорит электрификацию нашего мира для его устойчивого развития. Технология позволяет нам выполнять больше работы и использовать меньше природных ресурсов с меньшим количеством отходов для сохранения окружающей среды.
На разных стадиях разработки находится несколько систем сверхпроводящих материалов для передачи электроэнергии. Тем временем исследователи из Хьюстонского университета проводят эксперименты по поиску сверхпроводимости при комнатной температуре и атмосферном давлении.
Пол Чу, директор-основатель и главный научный сотрудник Техасского центра сверхпроводимости в UH и Liangzi Deng, доцент-исследователь, выбрали для своих экспериментов FeSe (селенид железа (II)), потому что он имеет простую структуру, а также большое количество Tc (сверхпроводящая критическая температура) усиление под давлением.
Чу и Дэн разработали процесс закалки под давлением (PQP), в котором они сначала прикладывают давление к своим образцам при комнатной температуре для повышения сверхпроводимости, охлаждают их до выбранной более низкой температуры, а затем полностью сбрасывают приложенное давление, сохраняя при этом улучшенные сверхпроводящие свойства.
Концепция PQP не нова, но PQP Чу и Дэна впервые использовали для сохранения повышенной сверхпроводимости при высоком давлении в высокотемпературном сверхпроводнике (ВТСП) при атмосферном давлении. Выводы опубликованы в Журнал сверхпроводимости и нового магнетизма.
«Мы тратим впустую около 10% нашей электроэнергии во время передачи, это огромная цифра. Если бы у нас были сверхпроводники для передачи электроэнергии с нулевыми потерями энергии, мы бы принципиально изменили мир, транспорт и передача электроэнергии произвели бы революцию», — сказал Чу. «Если этот процесс можно будет использовать, мы сможем создать материалы, которые смогут передавать электричество от места, где вы его производите, до мест, находящихся за тысячи миль, без потери энергии».
Их процесс был вдохновлен покойным Полом Дувезом, выдающимся ученым-материаловедом, инженером и металлургом из Калифорнийского технологического института, который указал, что большинство сплавов, используемых в промышленности, являются метастабильными или химически нестабильными при атмосферном давлении и комнатной температуре. Метастабильные фазы обладают желаемыми и/или улучшенными свойствами, которых нет у их стабильных аналогов, отметили Чу и Дэн в своем исследовании.
Примеры этих материалов включают алмазы, материалы для высокотемпературной 3D-печати, черный фосфор и даже бериллиевую медь, которая, в частности, используется для изготовления инструментов для использования во взрывоопасных средах, таких как нефтяные вышки и зерновые элеваторы.
«Конечная цель этого эксперимента состояла в том, чтобы поднять температуру выше комнатной, сохранив при этом сверхпроводящие свойства материала», — сказал Чу. «Если это будет достигнуто, криогеника больше не понадобится для работы машин, в которых используется сверхпроводящий материал, таких как аппарат МРТ, и именно поэтому мы рады этому».
Ссылка: «Удержание и исследование индуцированных высоким давлением фаз в сверхпроводниках с высокой и комнатной температурой», Ч. В. Чу, Л. З. Денг и З. Ву, 20 января 2022 г., Журнал сверхпроводимости и нового магнетизма.
DOI: 10.1007/s10948-021-06117-0
