Сверхпроводники позволяют электрическому току протекать без сопротивления, а это значит, что энергия не теряется в виде тепла.
Американские исследователи раскрыли секреты высокотемпературных сверхпроводников.
Исследователи из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США обнаружили, как мельчайшие изменения в структуре сверхгидрида позволяют достигать сверхпроводимости при температурах, близких к комнатной, но при экстремальном давлении, что дает подсказки для разработки более практичных сверхпроводников.
«Эти эксперименты демонстрируют возможности модернизированной установки APS. Теперь мы можем изучать структуры на атомном уровне с беспрецедентной детализацией в материалах, находящихся под экстремальным давлением», — сказал Маддури Сомаязулу, физик из Аргоннской национальной лаборатории.
Сверхпроводники позволяют электрическому току протекать без сопротивления.
Исследователи обнаружили, что сверхпроводники позволяют электрическому току протекать без сопротивления, а значит, энергия не теряется в виде тепла. Это свойство делает их полезными для таких технологий, как МРТ-сканеры, ускорители частиц, поезда на магнитной левитации и некоторые системы передачи энергии.
Они также подчеркнули, что большинство сверхпроводников, однако, работают только при чрезвычайно низких температурах — часто на сотни градусов ниже нуля по Фаренгейту. Поддержание таких низких температур требует сложных и дорогостоящих систем охлаждения, что ограничивает области применения сверхпроводников.
Теперь исследователи в США помогли сделать шаг к преодолению этого ограничения. Они получили новые данные о классе материалов, называемых сверхгидридами, которые могут стать сверхпроводящими при гораздо более высоких температурах — около 10 градусов по Фаренгейту.
В новом исследовании Хемли и его коллеги изучали, может ли изменение химического состава материала снизить давление, необходимое для сверхпроводимости. Они добавили небольшое количество иттрия к супергидриду лантана, чтобы сделать его более стабильным и уменьшить требуемое давление.
«Чтобы достичь такого экстремального давления, мы поместили крошечный образец между двумя алмазами», — сказал Маддури Сомаязулу, физик из Американского физического общества. Разработанное командой устройство с алмазной наковальней может создавать давление до пяти миллионов атмосфер.
Формирование сверхпроводящего материала при высоком давлении и температуре.
После получения сверхпроводящего материала при высоком давлении и температуре, команда использовала высокоэнергетические рентгеновские лучи APS для изучения его структуры (на линиях 16-ID-B и 13-ID-D).
«Мы сфокусировали интенсивный рентгеновский луч на образце толщиной всего в несколько микрометров и диаметром примерно от десяти до двадцати микрометров», — сказал Витали Пракапенка, научный сотрудник экспериментальной установки и профессор-исследователь Чикагского университета. Один микрометр составляет примерно 1/70 ширины человеческого волоса.
Недавняя модернизация APS сделала эти измерения возможными. Согласно пресс-релизу, более яркий и сфокусированный рентгеновский луч позволил исследователям изучать чрезвычайно малые образцы, изменяя при этом давление.
«Этот луч позволил нам отделить сигналы, исходящие от самого крошечного образца, от сигналов, исходящих от окружающих материалов и алмазных наковален», — сказал Пракапенка.
Команда исследователей обнаружила, что небольшие различия в расположении атомов в кристаллической решетке могут сильно влиять на сверхпроводимость. Согласно пресс-релизу, они выявили две различные кристаллические структуры, каждая из которых становится сверхпроводящей при немного разных температурах.
«Эти эксперименты показывают, на что способна модернизированная система APS, — сказал Сомаязулу. — Теперь мы можем изучать структуры на атомном уровне с беспрецедентной детализацией в материалах, находящихся под экстремальным давлением».
Исследователи также подчеркнули, что, хотя давление, используемое в экспериментах, все еще очень высокое — примерно в 1,4 миллиона раз выше атмосферного давления — они рассматривают это как часть более длительного пути вперед. Они добавляют больше элементов для дальнейшего снижения давления с целью сделать эти материалы пригодными для практического применения.
Sourse: interestingengineering.com
