Suprajohtavuudelle uusi lämpötilaennätys

Texas Center for Superconductivityn (TcSUH) ja Houstonin yliopiston fysiikan laitoksen tutkijat ovat rikkoneet suprajohtavuuden lämpötilaennätyksen ympäristön paineessa – läpimurto, joka voi lopulta johtaa tehokkaampiin tapoihin tuottaa, siirtää ja varastoida energiaa.

UH-tiimi saavutti 151 kelvinin (noin -122 celsiusastetta) siirtymälämpötilan (Tc) normaalissa ympäristön paineessa.

Tämän lämpötilan nostaminen on ollut suprajohtavuustutkimuksen tärkeä tavoite vuosikymmeniä. Mitä lähemmäksi Tc:tä tutkijat pystyvät työntämään, sitä käytännöllisemmiksi ja edullisemmiksi suprajohtavat teknologiat voivat muuttua.

Yli puolen vuosisadan ajan tiedemiehet edistyivät tasaisesti etsiessään uudenlaisia, korkeamman Tc:n omaavia suprajohtavia materiaaleja. Chun ja kollegoiden uraauurtava löytö vuonna 1987: YBCO-niminen materiaali saavuttaa suprajohtavuuden -180 celsiusasteessa eli 93 kelvinissä, mikä käynnisti maailmanlaajuisen kilpailun korkean lämpötilan suprajohteiden kehittämiseksi.

Myöhemmin vuonna 1993 löydettiin elohopeapohjainen kuparioksidikeraaminen materiaali, joka tunnetaan nimellä Hg1223 ja joka johtaa suprajohtavasti jopa -140 celsiusasteeseen eli 133 kelviniin, ja se piti yllä ympäristön paineen ennätystä Tc:ssä tähän päivään asti.

UH-tiimi nosti sitä nyt 18 celsiusasteella 151 kelviniin. Perimmäinen tavoite on huonelämpötila eli 300 Kelviniä.

"Kun materiaali saadaan ympäristön paineeseen, tiedemiehillä on paljon helpompi käyttää hyvin kehittyneitä laitteita sen tutkimiseen ja kehittää edelleen teknologioita ympäristön olosuhteissa tapahtuvaa toimintaa varten,"

toteaa tutkimuksen pääasiallinen kirjoittaja Liangzi Deng.

Tämä edistysaskel mahdollistettiin painesammutusmenetelmällä – uudella lähestymistavalla suprajohteisiin, jota käytetään yleisesti muillakin aloilla, kuten timanttien valmistuksessa. Tässä menetelmässä tutkijat kohdistavat ensin materiaaliin voimakasta painetta parantaakseen sen suprajohtavia ominaisuuksia ja nostaakseen sen siirtymälämpötilaa.

Paineen alaisena materiaali jäähdytetään tiettyyn lämpötilaan ja vapautetaan nopeasti kokonaan paineesta, mikä lukitsee parantuneet suprajohtavat ominaisuudet tehokkaasti. Tällä menetelmällä tutkijat pystyivät säilyttämään korkeamman Tc-arvon myös paineen poistamisen jälkeen, jolloin materiaali pysyi vakaana normaaleissa olosuhteissa.

”Muut tutkijat ovat osoittaneet, että suprajohtavuuden saavuttaminen huoneenlämmössä paineen alaisena on mahdollista”, Chu sanoi. ”Menetelmämme osoittaa, että on mahdollista säilyttää tämä tila ilman paineen ylläpitämistä.”

Aiheesta aiemmin:

Miten suprajohtavuus syntyy: Uusia oivalluksia moiré-materiaaleista

Ennätyksellinen korkean lämpötilan suprajohtava ferromagneetti