Πέμπτη, 17 Ιανουαρίου 2019

Υπεραγωγιμότητα: Ερευνητές ανακαλύπτουν νέα πειστήρια για υπεραγωγιμότητα κοντά σε θερμοκρασία δωματίου

Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο George Washington (GW) έκαναν ένα μεγάλο βήμα προς την κατεύθυνση να πετύχουν έναν από τους περισσότερο επιδιωκόμενους στόχους στη φυσική: υπεραγωγιμότητα σε θερμοκρασία δωματίου.

Υπεραγωγιμότητα είναι η έλλειψη ηλεκτρικής αντίστασης και παρατηρείται σε πολλά υλικά όταν ψύχονται κάτω από μια κρίσιμη θερμοκρασία. Μέχρι τώρα, τα υπεραγώγιμα υλικά θεωρείτο ότι πρέπει να ψύχονται σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες (μείον 180 βαθμούς Κελσίου ή μείον 292 βαθμούς Φαρενάιτ), πράγμα που περιόριζε τις εφαρμογές τους. Καθώς η ηλεκτρική αντίσταση καθιστά ένα σύστημα αναποτελεσματικό, η απάλειψη ορισμένης αντίστασης με τη χρήση υπεραγωγών θερμοκρασίας δωματίου θα επέτρεπε αποδοτικότερη παραγωγή και χρήση του ηλεκτρισμού, βελτιωμένη μεταφορά ενέργειας σε όλο τον κόσμο και περισσότερο ισχυρά υπολογιστικά συστήματα.

Σύμφωνα με τον Maddury Somayazulu, αναπληρωτή ερευνητικό καθηγητή στη Σχολή Μηχανικής και Εφαρμοσμένης Επιστήμης στο Πανεπιστήμιο George Washington, η υπεραγωγιμότητα είναι ίσως ένα από τα τελευταία μεγάλα σύνορα των επιστημονικών ανακαλύψεων που μπορούν να περάσουν σε καθημερινές τεχνολογικές εφαρμογές. Η υπεραγωγιμότητα θερμοκρασίας δωματίου είναι το παροιμιώδες «ιερό δισκοπότηρο» που περιμένει να ανακαλυφθεί και επιτυγχάνοντάς το – αν και στις 2 εκατομμύρια ατμόσφαιρες – είναι μια στιγμή αλλαγής παραδείγματος στην ιστορία της επιστήμης.

Το βασικό σε αυτή την ανακάλυψη ήταν η δημιουργία μιας μεταλλικής, πλούσιας σε υδρογόνο σύνθεσης σε πολύ υψηλή πίεση: περίπου 2 εκατομμύρια ατμόσφαιρες. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν συσκευές που χρησιμοποιούνται για να δημιουργήσουν υψηλές πιέσεις, για να συμπιέσουν μαζί μικροσκοπικά δείγματα λανθανίου και υδρογόνου. Στη συνέχεια θέρμαναν τα δείγματα και παρατήρησαν τεράστιες αλλαγές στη δομή τους. Αυτό οδήγησε σε μια νέα δομή, LaH10 (απεικόνιση), την οποία οι ερευνητές προηγουμένως πρόβλεψαν ότι θα ήταν υπεραγωγός σε υψηλές θερμοκρασίες.

Ενώ το δείγμα κρατιόταν σε υψηλές πιέσεις, η ομάδα παρατήρησε αναπαραγόμενη αλλαγή στις ηλεκτρικές ιδιότητες. Μέτρησαν σημαντικές πτώσεις στην αντίσταση όταν το δείγμα ψύχονταν κάτω από τους 260 βαθμούς Κέλβιν (μείον 13 βαθμοί Κελσίου) στα 180-200 γιγαπασκάλ πίεσης, παρουσιάζοντας στοιχεία υπεραγωγιμότητας σε θερμοκρασία πλησίον αυτής του δωματίου. Σε επακόλουθα πειράματα, οι ερευνητές είδαν τη μετάβαση να συμβαίνει σε ακόμη υψηλότερες θερμοκρασίες, πάνω από 280 βαθμούς Κέλβιν. Σε όλα τα πειράματα, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν επίσης σκέδαση ακτίνων-Χ για να παρατηρήσουν το ίδιο φαινόμενο. Αυτό γινόταν μέσω μιας δέσμης σύχνοτρον της Προηγμένης Πηγής Φωτονίων στο Εθνικό Εργαστήριο Argonne, στο Illinois.

«Πιστεύουμε ότι αυτό είναι η αρχή της νέας εποχής της υπεραγωγιμότητας», αναφέρει ο Russell Hemley, καθηγητής στη Σχολή Μηχανικής και Εφαρμοσμένης Επιστήμης στο Πανεπιστήμιο George Washington. «Έχουμε εξετάσει μόνο ένα χημικό σύστημα – τη σπάνια γαία Λανθάνιο [La] μαζί με το υδρογόνο. Υπάρχουν επιπρόσθετες δομές σε αυτό το σύστημα, αλλά το πλέον σημαντικό, υπάρχουν πολλά άλλα πλούσια σε υδρογόνο υλικά όπως αυτά με διαφορετικές χημικές συνθέσεις για να εξερευνηθούν. Είμαστε πεπεισμένοι πολλοί άλλοι υδρίτες* – ή υπερυδρίτες – θα βρεθούν με ακόμη υψηλότερες θερμοκρασίες μετάβασης κάτω από πίεση».

Στο μέλλον, η ομάδα ελπίζει να αναπτύξει μια βαθύτερη αντίληψη της υποκείμενης φυσικής των υπεραγωγών για να κατανοηθούν οι πάρα πολλές πρακτικές τους εφαρμογές.
------------------
Σημείωση: *Οι υδρίτες είναι ενώσεις εγκλεισμού ελαφρών υδρογονανθράκων (μεθάνιο) στο κρυσταλλικό πλέγμα πάγου. Δημιουργούνται σε υψηλές πιέσεις και χαμηλές θερμοκρασίες (για παράδειγμα στον θαλάσσιο πυθμένα). Δεν αποτελούν χημικές ενώσεις, αλλά ενώσεις εγκλεισμού. Αποτελούν ένα σύγχρονο πεδίο ενδιαφέροντος, με αρκετές δυσκολίες αλλά και προοπτικές για την εκμετάλλευσή τους.

Δεν υπάρχουν σχόλια :

Δημοσίευση σχολίου