agosto 2, 2021

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La presión se detiene y la superconductividad permanece a altas temperaturas.

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imagen: Paul Chu (derecha) es el director fundador y científico jefe del Centro de Superconductividad de Texas de la Universidad de Houston (TcSUH). Liangzi Deng (izquierda) Profesor asistente de investigación de física … Ver Más

Crédito: Universidad de Houston

En un próximo paso crítico hacia la superconductividad a temperatura ambiente a presión ambiental, Paul Chu, director fundador y científico jefe del Centro de Superconductividad de Texas en la Universidad de Houston (TcSUH), y Liangzi Deng, profesor asistente de investigación de física en TcSUH, colegas en TcSUH diseñado y el desarrollo de una tecnología de enfriamiento de presión (PQ) que retiene la transición de fase asistida por presión y / o la temperatura de transición elevada (Tc) incluso después de eliminar la presión aplicada que genera esta fase.

Pengcheng Dai, profesor de Física y Astronomía en la Universidad de Rice y su grupo, Yanming Ma, Decano de la Facultad de Física de la Universidad de Jilin, y su grupo han contribuido a demostrar con éxito la posibilidad de la tecnología de enfriamiento de presión en un modelo superconductor de alta temperatura. Seleniuro de hierro (FeSe). Los resultados fueron publicados en la revista procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias Estados Unidos de América.

“Derivamos el método de enfriamiento por presión de la formación de diamante sintético por Francis Bondy a partir del grafito en 1955 y otros compuestos estabilizables”, dijo Zhou. “El grafito se convierte en diamante cuando se somete a alta presión a altas temperaturas. El subsiguiente enfriamiento rápido de la tensión, o descompresión, deja la fase de diamante intacta sin presión”.

Zhou y su equipo aplicaron este mismo concepto a un material superconductor con resultados prometedores.

“El seleniuro de hierro es un superconductor simple de alta temperatura con una temperatura de transición (Tc) para pasar a un estado superconductor a 9 kelvin (K) a presión ambiente”, dijo Zhou.

“Cuando aplicamos presión, Tc aumentó a ~ 40 K, más de cuatro veces más que en la periferia, lo que nos permite distinguir sin ambigüedades la fase PQ superconductora de la fase un-PQ original. Luego intentamos retener la fase superconductora. refuerzo de presión después de la descompresión utilizando el método PQ, resulta que podemos “.

El logro de Zhou y sus colegas acerca a los científicos a hacer realidad el sueño de la superconductividad a temperatura ambiente a presión ambiente, que recientemente se informó que solo se hidrata bajo una presión extremadamente alta.

La superconductividad es un fenómeno descubierto en 1911 por Heike Kamerlingh Onnes al enfriar el mercurio por debajo de la transición de Tc a 4,2 K, y se puede lograr con la ayuda de helio líquido, que es raro y caro. Este fenómeno es profundo debido a la capacidad de un superconductor de exhibir resistencia cero cuando la electricidad se mueve a través de un cable superconductor y expulsa el campo magnético creado por el imán. Posteriormente, se reconoció de inmediato su enorme potencial en los sectores de energía y transporte.

Para operar un dispositivo superconductor, es necesario enfriarlo por debajo de Tc, que requiere energía. Cuanto mayor sea la Tc, menos energía se necesita. Por lo tanto, aumentar la Tc con un objetivo final de temperatura ambiente de 300 K ha sido la fuerza impulsora para los científicos en la investigación de superconductividad desde su descubrimiento.

Desafiando la creencia en ese momento de que Tc no podía exceder los 30 K, Paul Chu y sus colegas descubrieron la superconductividad en una nueva familia de compuestos a 93 K en 1987, y esto podría lograrse simplemente utilizando un refrigerante industrial económico y rentable de nitrógeno líquido. Desde entonces, la Tc se ha elevado continuamente a 164 K por Chu et al. y otros grupos posteriores de académicos. Tc 287 K fue logrado recientemente por Dias et al. de la Universidad de Rochester en carbono y sulfuro de hidrógeno por debajo de 267 gigapascales (GPa).

En resumen, el avance de la Tc a temperatura ambiente ya está al alcance. Pero para el futuro desarrollo científico y tecnológico de los hidruros, es necesario caracterizar los materiales y fabricar dispositivos bajo presiones ambientales.

“Nuestro método nos permite fabricar el material superconductor con mayor Tc sin presión. Incluso nos permite mantener en la periferia la fase no superconductora que se encuentra solo en FeSe por encima de 8 GPa. No hay ninguna razón por la que la técnica no pueda aplicarse igualmente a hidratos que mostraron signos de conductividad. supercélulas cuando Tc se acerca a la temperatura ambiente “.

Este logro acerca a la comunidad académica a la superconductividad a temperatura ambiente (RTS) sin presión, lo que significa aplicaciones prácticas ubicuas de los superconductores del campo médico, a través de la transferencia y almacenamiento de energía para el transporte, con efectos cada vez que se usa electricidad.

La superconductividad como medio para mejorar la generación, el almacenamiento y la transmisión de energía no es una idea nueva, pero requiere más investigación y desarrollo para que se difunda ampliamente antes de que la superconductividad a temperatura ambiente se convierta en una realidad. La capacidad de tener cero resistencia eléctrica significa que la energía se puede generar, transmitir y almacenar sin pérdidas, una gran ventaja de bajo costo. Sin embargo, la tecnología actual requiere que el dispositivo superconductor se mantenga a temperaturas extremadamente bajas para mantener su estado único, que aún requiere energía adicional como costo general, sin mencionar el riesgo potencial de falla accidental del sistema de enfriamiento. Por lo tanto, un superconductor RTS sin presión adicional para mantener sus propiedades útiles es una necesidad para avanzar con aplicaciones más prácticas.

Sus propiedades superconductoras también allanan el camino para un competidor del popular tren bala visto en todo el este de Asia: el maglev. Abreviatura de “levitación magnética”, el primer tren magnético construido en Shanghai en 2004 ha expandido con éxito su uso en Japón y Corea del Sur y está en estudio para su operación comercial en los Estados Unidos. Con velocidades máximas de 375 millas por hora, los vuelos a campo traviesa ven a un competidor rápido en el tren maglev. Un superconductor a temperatura ambiente podría ayudar a Elon Musk a realizar su sueño de un “hiperloop” para viajar a 1.000 millas por hora.

Esta implementación exitosa de la tecnología PQ en superconductores a temperatura ambiente discutida en el artículo de Chu y Deng es fundamental para hacer que los superconductores sean posibles para aplicaciones prácticas ubicuas.

Ahora, resolver el rompecabezas RTS a presión ambiental está más cerca de resolverse.

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