Υπεραγωγιμότητα – Υλικά: Φυσικοί δημιουργούν υπεραγωγιμότητα σε μη-υπεραγώγιμα υλικά

Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Houston (UH) ανακοίνωσαν μια νέα μέθοδο για την πρόκληση υπεραγωγιμότητας σε μη-υπεραγώγιμα υλικά, επιδεικνύοντας μια ιδέα που προτάθηκε πριν από δεκαετίες, αλλά που ποτέ δεν δοκιμάστηκε. Η τεχνική μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για να ενισχύσει την αποτελεσματικότητα των γνωστών υπεραγώγιμων υλικών, δείχνοντας ένα νέο τρόπο για τη βελτίωση της εμπορικής βιωσιμότητας των υπεραγωγών, δήλωσε ο Paul C.W. Chu, επικεφαλής επιστήμονας στο Κέντρο για την Υπεραγωγιμότητα του Τέξας, στο UH (TcSUH) και ένας από τους συγγραφείς της μελέτης με την οποία παρουσιάζεται η εργασία, στα Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών των ΗΠΑ.

«Η υπεραγωγιμότητα χρησιμοποιείται σε πολλά πράγματα, από τα οποία η MRI (Απεικόνιση Μαγνητικού Συντονισμού), [που στην Ελλάδα γνωστότερη ως Μαγνητική Τομογραφία], είναι η πλέον γνωστή», είπε ο Chu. Όμως αυτή η τεχνολογία χρησιμοποιείται στις υπηρεσίες υγείας. Οι εξοπλισμοί και άλλα πεδία παραμένουν ακριβά, εν μέρει επειδή απαιτούν ακριβό σύστημα ψύξης, το οποίο έχει περιορίσει την ευρεία υιοθέτησή της τεχνολογίας αυτής.

Η έρευνα – παρουσιάζοντας μια νέα μέθοδο που εκμεταλλεύεται τη συγκρότηση των διεπαφών για να επάγει υπεραγωγιμότητα σε μη-υπεραγώγιμες ενώσεις αρσενιούχου σιδηρο-ασβεστίου (CaFe2As2) – προσφέρει μια νέα προσέγγιση για να βρεθούν υπεραγωγοί που λειτουργούν σε «υψηλότερες» θερμοκρασίες. Τα υπεραγώγιμα υλικά άγουν το ηλεκτρικό ρεύμα χωρίς αντίσταση, ενώ τα συνηθισμένα αγώγιμα υλικά χάνουν έως και 10% της ενέργειας μεταξύ της παραγωγού πηγής και του τελικού χρήστη. Αυτό σημαίνει ότι οι υπεραγωγοί θα μπορούσαν να επιτρέψουν τις εταιρείες κοινής ωφέλειας να παρέχουν περισσότερο ηλεκτρισμό χωρίς να αυξήσουν το ποσό του καυσίμου που χρησιμοποιούν για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

«Ένας τρόπος που έχει από καιρού προταθεί για να πετύχει αυξημένη T(c)S (κρίσιμη θερμοκρασία, ή αλλιώς η θερμοκρασία στην οποία ένα υλικό γίνεται υπεραγωγός) είναι να εκμεταλλευτούμε τεχνητά ή φυσικά την σύνθεση των διεπαφών», γράφουν οι ερευνητές. «Η παρούσα εργασία [αφενός] δείχνει καθαρά ότι μπορεί να επιτευχθεί υπεραγωγιμότητα υψηλής T(c), στη γνωστή μη-υπεραγώγιμη ένωση αρσενιούχου σιδηρο-ασβεστίου (CaFe2As2), με στοίβαγμα αντισιδηρομαγνητικών/μεταλλικών στρωμάτων και [αφετέρου] παρέχει το πιο άμεσο, μέχρι σήμερα, στοιχείο για την – αυξημένης T(c) – διεπαφή σε αυτή την ένωση».

Η ιδέα ότι η υπεραγωγιμότητα θα μπορούσε να επάγεται ή να ενισχύεται στο όριο όπου έρχονται σε επαφή δυο διαφορετικά υλικά – στη διεπαφή – προτάθηκε για πρώτη φορά τη δεκαετία του 1970, αλλά – όπως λέει ο Chu – ποτέ δεν είχε επιδειχθεί αδιαμφισβήτητα. Ορισμένα προηγούμενα πειράματα που δείχνουν αυξημένη κρίσιμη υπεραγώγιμο θερμοκρασία, δεν μπόρεσαν να αποκλείσουν άλλα φαινόμενα που οφείλονται σε πίεση ή σε χημικό ντοπάρισμα, τα οποία εμπόδισαν την επαλήθευση.

Για να επικυρώσουν την ιδέα οι ερευνητές, εργαζόμενοι σε πίεση περιβάλλοντος, υπέβαλαν την ανόθευτη ένωση αρσενιούχου σιδηρο-ασβεστίου σε θέρμανση – στους 350 βαθμούς της εκατονταβάθμιας κλίμακας Κελσίου, που θεωρείται σχετικά χαμηλή θερμοκρασία για αυτή τη διαδικασία – σε μια διαδικασία γνωστή ως ανόπτηση [θερμική κατεργασία με μικρή ταχύτητα απόψυξης]. Η ένωση διαμόρφωσε δυο διακριτές φάσεις, με τη μια φάση προοδευτικά να μετατρέπετε στην άλλη όσο περισσότερο το δείγμα υφίστατο την διαδικασία της ανόπτησης. Όπως είπε ο Chu: καμιά από τις δυο φάσεις δεν ήταν υπεραγώγιμη, αλλά οι ερευνητές μπόρεσαν να ανιχνεύσουν υπεραγωγιμότητα στο όριο όταν οι δυο φάσεις συνυπήρχαν.

Αν και η κρίσιμη θερμοκρασία υπεραγωγιμότητας του δείγματος, που παρήχθη μέσω της διαδικασίας ήταν ακόμη σχετικά χαμηλή, ο Chu είπε ότι η μέθοδος που χρησιμοποιήθηκε για να αποδείξει την ιδέα, προσφέρει μια νέα κατεύθυνση στην έρευνα για περισσότερο αποτελεσματικά και λιγότερο ακριβά υπεραγώγιμα υλικά.

Πηγή: University of Houston

Περισσότερα στη δημοσίευση: Interface-induced superconductivity at ∼25 K at ambient pressure in undoped CaFe2As2 single crystals. Proceedings of the National Academy of Sciences.