Fyzici postupují v závodě supravodivosti při pokojové teplotě

Před necelými dvěma lety otřásl svět vědy objevem materiálu schopného supravodivosti při pokojové teplotě. Nyní tým fyziků z University of Nevada Las Vegas (UNLV) znovu zvýšil ante tím, že reprodukoval tento výkon při nejnižším zaznamenaném tlaku.

Aby bylo jasno, znamená to, že věda je blíže než kdy jindy použitelnému, opakovatelnému materiálu, který by jednoho dne mohl způsobit revoluci v transportu energie.

Objevením se v roce 2020 dostala do mezinárodních titulků Supravodivost při pokojové teplotě poprvé Napsal fyzik UNLV Ashkan Salamat a kolegyně Ranja Dias, fyzik na University of Rochester. Aby toho dosáhli, vědci vytvořili chemickou směs uhlíku, síry a vodíku nejprve do kovového stavu a poté do supravodivého stavu při pokojové teplotě za použití extrémně vysokého tlaku – 267 gigapascalů – podmínek, které najdete pouze v přírodě blízko středu Země.

Postupuje rychlostí méně než dva roky a vědci jsou nyní schopni dokončit výkon na pouhých 91 gigapascalů – zhruba třetinu původně uváděného tlaku. Nové poznatky byly publikovány jako předběžný článek v časopise chemická komunikace Tento měsíc.

Super objev

Detailním vyladěním složení uhlíku, síry a vodíku použitého v původním průlomu jsou nyní vědci schopni vyrobit materiál pod nízkým tlakem, který si zachovává svůj stav supravodivosti.

„Jsou to tlaky na úrovni, kterou je těžké pochopit a posoudit mimo laboratoř, ale náš současný kurz ukazuje, že je možné dosáhnout relativně vysokých teplot vedení při trvale nízkých tlacích – a to je náš konečný cíl,“ řekl vedoucí studie. autor Gregory Alexander Smith. Postgraduální studentský výzkumník s UNLV Laboratoř extrémních podmínek v Nevadě (Nexel). „Na konci dne, pokud chceme udělat zařízení užitečná pro potřeby společnosti, musíme snížit tlak potřebný k jejich vytvoření.“

Přestože jsou tlaky stále velmi vysoké – asi tisíckrát vyšší, než jaké byste potkali na dně Mariánského příkopu v Tichém oceánu – stále se řítí k cíli blížícímu se nule. Na UNLV je to parný závod, protože výzkumníci lépe porozuměli chemickému vztahu mezi uhlíkem, sírou a vodíkem, který tvoří materiál.

„Naše znalosti o vztahu mezi uhlíkem a sírou se rychle rozvíjejí a nacházíme poměry, které vedou k výrazně odlišným a účinnějším reakcím, než bylo původně pozorováno,“ řekl Salamat, který řídí NEXCL v UNLV a přispěl k nejnovější studii. „Pozorování tak odlišných jevů v podobném systému jen ukazuje bohatství matky přírody. Je toho tolik k pochopení a každý nový pokrok nás přibližuje na pokraj každodenních supravodivých zařízení.“

Svatý grál energetické účinnosti

Supravodivost je fascinující fenomén, který byl poprvé pozorován před více než sto lety, ale pouze při výrazně nižších teplotách byla vyloučena jakákoli myšlenka na praktické použití. Teprve v 60. letech minulého století vědci předpokládali, že tento výkon by mohl být možný při ještě vyšších teplotách. Objev supravodiče při pokojové teplotě v roce 2020, který provedli Salamat a jeho kolegové, vzrušil svět vědy částečně, protože technologie podporuje elektrický tok bez odporu, což znamená, že energie procházející elektrickým obvodem může být vedena nekonečně a bez ztráty energie. To by mohlo mít zásadní důsledky pro skladování a přenos energie, což by podporovalo vše od lepších baterií mobilních telefonů po efektivnější rozvodnou síť.

„Globální energetická krize nevykazuje žádné známky zpomalení a náklady částečně rostou kvůli tomu, že americká rozvodná síť ročně ztrácí téměř 30 miliard dolarů kvůli neefektivitě současné technologie,“ řekl Salamat. „Pro společenskou změnu musíme být v čele s technologií a práce, která se děje dnes, je, jak věřím, v popředí řešení zítřka.“

Podle Salamata by vlastnosti supravodičů mohly podpořit novou generaci materiálů, které by mohly zásadně změnit energetickou infrastrukturu ve Spojených státech i mimo ně.

„Představte si, že využijete energii v Nevadě a pošlete ji po celé zemi bez jakékoli ztráty energie,“ řekl. „Tato technologie by to jednoho dne mohla umožnit.“

Reference: „Obsah uhlíku zvyšuje vysokoteplotní supravodivost v hydridu uhlíku a síry pod 100 GPa“ od J. Alexander Smith, Innes E. Collings, Elliot Snyder, Dean Smith, Sylvain Pettigerard a Jesse S. Ellison, Keith F. Lawler, Ranja B. Dias a Ashkan Salamat, 7. července 2022, k dispozici zde. chemická komunikace.
DOI: 10.1039 / D2CC03170A

Smith, hlavní autor, je bývalý výzkumník UNLV v Salamatově laboratoři a současný doktorand v oboru chemie a výzkumu s NEXCL. Mezi další autory studie patří Salamat, Dean Smith, Paul Ellison, Melanie White a Keith Lawler z UNLV; Ranga Dias, Elliot Snyder a Elise Jones z University of Rochester; Ines E. Collings se Švýcarskými federálními laboratořemi pro materiálovou vědu a technologii, Sylvain Pettigerard s ETH Zurich; a Jesse S. Smith z Argonne National Laboratory.