Wetenschappers van de Universiteit van Chicago maken deel uit van een internationaal onderzoeksteam dat supergeleiding heeft ontdekt - het vermogen om elektriciteit perfect te geleiden - bij de hoogste temperaturen die ooit zijn gemeten.

Met behulp van geavanceerde technologie in het aan UChicago gelieerde Argonne National Laboratory, het team bestudeerde een klasse materialen waarin ze supergeleiding waarnamen bij temperaturen van ongeveer minus 23 graden Celsius (min 9 graden Fahrenheit, 250 K) - een sprong van ongeveer 50 graden in vergelijking met het vorige bevestigde record.

Hoewel de supergeleiding plaatsvond onder extreem hoge druk, het resultaat is nog steeds een grote stap in de richting van het creëren van supergeleiding bij kamertemperatuur - het ultieme doel voor wetenschappers om dit fenomeen te kunnen gebruiken voor geavanceerde technologieën. De resultaten zijn op 23 mei gepubliceerd in het tijdschrift Natuur ; Vitali Prakapenka, een onderzoeksprofessor aan de Universiteit van Chicago, en Eran Greenberg, een postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Chicago, zijn co-auteurs van het onderzoek.

Net zoals een koperdraad elektriciteit beter geleidt dan een rubberen buis, bepaalde soorten materialen zijn beter in staat supergeleidend te worden, een toestand gedefinieerd door twee hoofdeigenschappen:het materiaal biedt geen weerstand tegen elektrische stroom en kan niet worden gepenetreerd door magnetische velden. De mogelijke toepassingen hiervoor zijn even groot als opwindend:elektrische draden zonder afnemende stromen, extreem snelle supercomputers en efficiënte magnetische levitatietreinen.

Maar wetenschappers waren voorheen alleen in staat om supergeleidende materialen te maken als ze werden afgekoeld tot extreem lage temperaturen - aanvankelijk, min 240 graden Celsius en meer recentelijk ongeveer min 73 graden Celsius. Aangezien dergelijke koeling duur is, het heeft hun toepassingen in de wereld als geheel beperkt.

Recente theoretische voorspellingen hebben aangetoond dat een nieuwe klasse van materialen van supergeleidende hydriden de weg zou kunnen effenen voor supergeleiding bij hogere temperaturen. Onderzoekers van het Max Planck Instituut voor Chemie in Duitsland werkten samen met onderzoekers van de Universiteit van Chicago om een ​​van deze materialen te maken, genaamd lanthaan superhydriden, test zijn supergeleiding, en de structuur en samenstelling ervan bepalen.

Het enige nadeel was dat het materiaal onder extreem hoge druk moest worden geplaatst - tussen 150 en 170 gigapascal, meer dan anderhalf miljoen keer de druk op zeeniveau. Alleen onder deze hogedrukomstandigheden vertoonde het materiaal - een klein monster van slechts enkele microns - supergeleiding bij de nieuwe recordtemperatuur.

In feite, het materiaal vertoonde drie van de vier kenmerken die nodig zijn om supergeleiding te bewijzen:het liet zijn elektrische weerstand vallen, verlaagde de kritische temperatuur onder een extern magnetisch veld en vertoonde een temperatuurverandering toen sommige elementen werden vervangen door verschillende isotopen. Het vierde kenmerk, het Meissner-effect genoemd, waarin het materiaal elk magnetisch veld verdrijft, werd niet gedetecteerd. Dat komt omdat het materiaal zo klein is dat dit effect niet kon worden waargenomen, aldus onderzoekers.

Ze gebruikten de Advanced Photon Source van het Argonne National Laboratory, die zorgt voor ultraheldere, hoogenergetische röntgenstralen die doorbraken mogelijk hebben gemaakt in alles, van betere batterijen tot het begrijpen van het diepe binnenste van de aarde, het materiaal te analyseren. In het experiment, onderzoekers van het Center for Advanced Radiation Sources van de Universiteit van Chicago hebben een klein monster van het materiaal tussen twee kleine diamanten geperst om de benodigde druk uit te oefenen, gebruikte vervolgens de röntgenstralen van de bundellijn om de structuur en samenstelling ervan te onderzoeken.

Omdat de temperaturen die worden gebruikt om het experiment uit te voeren binnen het normale bereik van veel plaatsen in de wereld liggen, waardoor het uiteindelijke doel van kamertemperatuur - of tenminste 0 graden Celsius - binnen bereik lijkt.

Het team blijft al samenwerken om nieuwe materialen te vinden die onder meer redelijke omstandigheden supergeleiding kunnen creëren.

"Ons volgende doel is om de druk te verminderen die nodig is om samples te synthetiseren, om de kritische temperatuur dichter bij de omgevingstemperatuur te brengen, en misschien zelfs monsters te maken die bij hoge druk kunnen worden gesynthetiseerd, maar nog steeds supergeleidend bij normale druk, " zei Prakapenka. "We blijven zoeken naar nieuwe en interessante verbindingen die ons nieuwe, en vaak onverwacht, ontdekkingen."