Supergeleiding heeft al een verscheidenheid aan praktische toepassingen, zoals medische beeldvorming en zwevend transport zoals de immer populaire maglev-systemen. Echter, ervoor te zorgen dat de voordelen van toegepaste supergeleiders zich verder uitbreiden naar andere technologische gebieden, we moeten manieren vinden om niet alleen hun prestaties te verbeteren, maar ook om ze toegankelijker en eenvoudiger te fabriceren te maken.

In dit verband, magnesiumdiboride (MgB ₂ ) heeft sinds zijn ontdekking de aandacht van onderzoekers getrokken als een supergeleider met meerdere voordelen. Het is een lichtgewicht, gemakkelijk verwerkbaar materiaal gemaakt van veel voorkomende voorlopers; deze kwaliteiten gecombineerd, de totale kosten van het werken met MgB . aanzienlijk verlagen ₂ .

Echter, een belangrijke praktische eigenschap van een supergeleider is de kritische stroomdichtheid (J _C ) - de maximale stroomdichtheid waarbij het kan werken zonder energie te dissiperen zoals conventionele geleiders doen. De J . verhogen _C van MgB ₂ met betaalbare middelen een opmerkelijke uitdaging is gebleken, die meestal wordt aangepakt door materiaaltechnologie en door fabricageprocedures en -omstandigheden te optimaliseren.

In een recente studie die is geaccepteerd voor publicatie in Materiaalkunde en techniek:B , een team van wetenschappers van het Shibaura Institute of Technology, Japan, heeft een kosteneffectieve techniek ontwikkeld om de J . een boost te geven _C van bulk MgB ₂ :ultrasone trillingen. Hun aanpak omvat het oplossen van goedkoop commercieel boor in hexaan en het gebruik van ultrageluid om de opgeloste stof grondig te verspreiden. Zodra hexaan is verdampt en verwijderd, men verkrijgt een zeer fijn boorpoeder, die vervolgens wordt gesinterd met magnesium om MgB . te produceren ₂ . Maar waarom leidt het gebruik van fijner boor tot betere supergeleidende eigenschappen?

Het antwoord is magnetische flux pinning. Hoewel supergeleiders over het algemeen externe magnetische velden afstoten, sommige gekwantiseerde hoeveelheden magnetische flux dringen soms het materiaal binnen onder de juiste omstandigheden, het produceren van de sterke kracht die verantwoordelijk is voor supergeleidende levitatie. Deze penetratie vindt alleen plaats in pincentra, die voortkomen uit verschillende soorten defecten in het materiaal; in het geval van MgB ₂ , de pinningcentra bevinden zich op de korrelgrenzen. Professor Muralidhar Miryala, die de studie leidde, legt uit:"Om het kort te zeggen, het geraffineerde boorpoeder verkregen via ultrasone trillingen resulteert in een hogere dichtheid van korrelgrenzen door de totale korrelgrootte te verminderen. Beurtelings, de toename in korrelgrenzen is gelijk aan een toename van de fluxpinningcentra, die verantwoordelijk zijn voor de hogere J _C we hebben waargenomen in onze monsters."

De syntheseprocedure van de wetenschappers produceerde hoogwaardige bulk MgB ₂ meestal vrij van oxidatieonzuiverheden. Vergeleken met een niet-ultrasoon behandeld monster dat als referentie wordt gebruikt, de J _C waarden met maar liefst 20% gestegen, afhankelijk van de gebruikte ultrasone trillingen. Bovendien, de resultaten van scanning-elektronenmicroscopie en energiedispersieve röntgenspectroscopie-analyses onthulden een secundair mechanisme dat aanleiding zou kunnen geven tot verbeterde J _C . Het team merkte een gelaagde structuur op van wat lijkt op Mg-B-O die de wanden van poriën van boriumtekorten bedekt. Deze gelaagde coatingstructuur kan niet alleen zelf als pinningcentrum fungeren, maar hebben ook een remmend effect op de korrelgrootte.

Enthousiast over de algemene resultaten, Miryala merkt op:"Onze studie legt een basis voor het realiseren van betaalbare, hoogwaardige bulk MgB ₂ voor supergeleidende magneten. Dit zal helpen de kosten van op magneten gebaseerde technologieën te verlagen en ze toegankelijker te maken voor de algemene bevolking, vooral op medisch gebied." Hoewel verdere studies nodig zullen zijn om de optimale parameters voor oplosmiddelen en ultrasone trillingen te vinden, de huidige bevindingen zijn zeker veelbelovend en zouden het gebruik van MgB . kunnen bevorderen ₂ supergeleidende magneten in andere gebieden, inclusief ruimtetoepassingen, water schoonmaken, en elektromotoren. Hopelijk, en genoeg tijd gegeven, we zullen allemaal op de een of andere manier profiteren van toegankelijke supergeleiders!