De unieke eigenschap van supergeleiders van nulweerstand kan een revolutie teweegbrengen in de krachtoverbrenging en het transport. Echter, de meeste conventionele supergeleiders vereisen koeling tot extreem lage temperaturen die alleen kunnen worden bereikt met vloeibaar helium, een dure koelvloeistof. Materiaalwetenschappers onderzoeken nu hoge-temperatuur-supergeleiders (HTS's) die kunnen worden gekoeld tot een supergeleidende toestand met behulp van de aanzienlijk goedkopere vloeibare stikstof, die een opmerkelijk hogere temperatuur heeft dan vloeibaar helium.

Momenteel, een prospectief HTS-materiaal voor een dergelijke verkenning is (RE)Ba ₂ Cu ₃ O _ja , RE-123, waarbij RE staat voor zeldzame aardelementen zoals yttrium (Y), gadolinium (Gd), erbium (Er), neodymium (Nd), of europium (Eu). Deze materialen in de monokristallijne vorm kunnen fysieke beperkingen overwinnen die supergeleiding verzwakken, waardoor deuren worden geopend voor een verscheidenheid aan technische toepassingen.

In een recente studie gepubliceerd in de Dagboek van legeringen en verbindingen , een team van wetenschappers van het Shibaura Institute of Technology, Japan, onder leiding van prof. Muralidhar Miryala, een pionier op het gebied van HTS, ontwikkelde monokristallijne bulksupergeleiders die magnetische velden erin kunnen vangen op een manier die vergelijkbaar is met hoe ferromagneten (ijzer, nikkel, kobalt) behouden het magnetische veld. "Het ingesloten veld is een van de meest relevante parameters in veel praktische toepassingen van bulk RE-123 en is gerelateerd aan de bulkdiameter, " legt prof. Miryala uit.

Onder de verschillende technieken die beschikbaar zijn voor het vervaardigen van bulk RE-123, het team koos voor een geïnfiltreerde groei (IG) techniek, waarin vast (RE)BaCuO ₅ (RE-211) reageert met een Ba-Cu-O vloeibare fase om het supergeleidende RE-123 te vormen. Prof. Miryala legt de motivatie achter hun aanpak vast:"IG-techniek produceert RE-123 bulks zonder homogeniteiten, kan in de lucht worden uitgevoerd, en opgeschaald naar industrieel niveau. Bovendien, het biedt een vruchtbare grond voor het verkennen van ternaire RE-elementensystemen, die tot nu toe niet zijn onderzocht."

Onlangs, het team onderzocht de ternaire (Gd _0,33 Y _0,33-x eh _0,33+x ) -123 bulksysteem, het optimaliseren van de samenstelling door de verhouding van Y en Er in de 211-precursor af te stemmen (in het bijzonder, x =0, 0,05, 0,1, 0,15, en 0,2). Het team karakteriseerde de supergeleidende fasen in de monsters met behulp van röntgendiffractie en mat het ingesloten veld en de supergeleidende overgangstemperatuur (T _C ). Eindelijk, ze voerden microstructurele en chemische analyses uit met behulp van veldemissie scanning elektronenmicroscoop (FESEM) en energie-dispersieve röntgenspectroscopie (EDX).

De XRD bewees de monokristallijne aard van de RE-123 bulks, met T _C waarden in het bereik (91,5-92) K, die aanzienlijk boven het kookpunt van vloeibare stikstof (77K) lagen, en het hoogste ingesloten veld van 0,53 tesla werd waargenomen in (Gd _0,33 Y _0,13 eh _0,53 )-123 (x=0,2). FESEM en EDX geïdentificeerd fijn verspreid (Gd, ja, Er) -211 deeltjes in alle monsters, met een Er-rijke neerslagverdeling voor x=0,2, het monster dat ook de beste supergeleidende prestaties vertoonde.

"De bevindingen in onze studie geven een idee van hoe een goedkope productie van hoogwaardige (Gd, ja, Er)BCO bulks voor real-life toepassingen zoals magnetische levitatie, supergeleidend lager, vliegwiel energie opslag, magnetische resonantie beeldvorming, roterende motoren, medicijnafgifte en waterzuivering, " zegt prof. Miryala.