3D-tulostettu suprajohde

Cornellin tutkijat ovat osoittaneet, että pehmeät materiaalit voisivat ohjata suprajohteiden muodostumista. Eli he ovat saavuttaneet yksivaiheisen 3D-tulostusmenetelmän, joka tuottaa ennätysominaisuuksilla varustettuja suprajohteita.

Edistysaskel perustuu professori Ulrich Wiesnerin johtamaan vuosien monitieteiseen työhön ja voisi parantaa teknologioita, kuten suprajohtavia magneetteja ja kvanttilaitteita.

Uusimmassa tutkimustyössä käytettiin kopolymeeri-epäorgaanista nanopartikkelimustetta, joka koostuu itsestään 3D-tulostuksen aikana ja lämpökäsittelyt muuttavat sen sitten huokoisen kiteen suprajohteeksi. Lähestymistapa edustaa merkittävää poikkeamaa perinteisistä huokoisten materiaalien monivaiheisista 3D-tulostusmenetelmistä.

Cornellin skaalautuva "yhden vaiheen" prosessi ohittaa useita perinteisiä vaiheita ja luo suprajohtavia materiaaleja, joilla on rakenne kolmella eri mittakaavalla: Atomitasolla atomit järjestäytyvät kiteiseksi hilaksi; lohkokopolymeerien itsejärjestäytyminen ohjaa mesorakenteisten hilojen muodostumista; ja 3D-tulostus johtaa makroskooppisiin hiloihin, mukaan lukien kelat tai heliksit eri sovelluksiin.

Tutkimuksen silmiinpistävin tulos saatiin, kun tutkijat tulostivat niobiumnitridimateriaalia. Nanorakenteisen huokoisuutensa ansiosta 3D-tulostettu suprajohde osoitti 40–50 teslan yläkriittisen magneettikentän, joka on korkein koskaan raportoitu tämän yhdistesuprajohteen rajoituksen aiheuttama arvo. Ominaisuus on avainasemassa vahvojen suprajohtavien magneettien, kuten magneettikuvauksessa käytettyjen magneettien, toiminnassa.

”Olemme kartoittaneet tämän suprajohtavan ominaisuuden makromolekyyliseen suunnitteluparametriin, jota käytetään materiaalin synteesissä. Tätä kukaan ei ole aiemmin osoittanut”, Wiesner sanoi. ”Kartta kertoo meille, mikä polymeerimoolimassa tarvitaan tietyn suprajohtavan suorituskyvyn saavuttamiseksi, mikä on merkittävä korrelaatio.”

Tulevaisuudessa tutkijat toivovat voivansa tutkia vaihtoehtoisia suprajohtavia yhdisteitä. Tutkimuksessa korostettiin, että menetelmää voidaan soveltaa muihin siirtymämetalliyhdisteisiin, kuten titaaninitridiin, ja 3D-rakenteisiin, joita on vaikea saavuttaa perinteisillä menetelmillä. Ja huokoinen arkkitehtuuri tuottaa ennätyspinta-aloja yhdistesuprajohteille, mikä voisi osoittautua arvokkaaksi seuraavan sukupolven kvanttimateriaalien suunnittelussa.

Aiheesta aiemmin:

3D-tulostusta mikroelektroniikasta mikrofluidiikkaan

3D-tulostuksella aivan uudenlaisia materiaaleja

Kaksiulotteista suprajohtavuutta kolmiulotteisessa suprajohteessa