In een cruciale volgende stap in de richting van supergeleiding bij kamertemperatuur bij omgevingsdruk, Paul Chu, Founding Director en Chief Scientist van het Texas Center for Superconductivity aan de Universiteit van Houston (T _C SUH), Liangzi Deng, onderzoeksassistent-professor natuurkunde bij T _C SUH, en hun collega's bij T _C SUH bedacht en ontwikkelde een pressure-quench (PQ) techniek die de door druk versterkte en/of -geïnduceerde hoge overgangstemperatuur (T _C ) fase, zelfs na het verwijderen van de toegepaste druk die deze fase genereert.

Pengcheng Dai, hoogleraar natuurkunde en sterrenkunde aan de Rice University en zijn groep, en Yanming Ma, Decaan van het College of Physics aan de Jilin University, en zijn groep hebben bijgedragen aan het succesvol demonstreren van de mogelijkheid van de pressure-quench-techniek in een modelhoge temperatuur supergeleider, ijzerselenide (FeSe). De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Proceedings van de National Academy of Sciences .

"We hebben de druk-quenchmethode afgeleid van de vorming van de door de mens gemaakte diamant door Francis Bundy uit grafiet in 1955 en andere metastabiele verbindingen, " zei Chu. "Grafiet verandert in een diamant wanneer het wordt blootgesteld aan hoge druk bij hoge temperaturen. Daaropvolgende snelle drukdoving, of het verwijderen van druk, laat de diamantfase intact zonder druk."

Chu en zijn team pasten hetzelfde concept toe op een supergeleidend materiaal met veelbelovende resultaten.

"IJzerselenide wordt beschouwd als een eenvoudige supergeleider bij hoge temperatuur met een overgangstemperatuur (T _C ) voor de overgang naar een supergeleidende toestand bij 9 Kelvin (K) bij omgevingsdruk, " zei Chu.

"Toen we druk uitoefenden, de T _C verhoogd tot ~ 40 K, meer dan het verviervoudigen van dat bij ambient, waardoor we de supergeleidende PQ-fase ondubbelzinnig kunnen onderscheiden van de oorspronkelijke niet-PQ-fase. Vervolgens hebben we geprobeerd de hogedruk-versterkte supergeleidende fase te behouden na het verwijderen van de druk met behulp van de PQ-methode, en het blijkt dat we dat kunnen."

De prestatie van Dr. Chu en collega's brengt wetenschappers een stap dichter bij het realiseren van de droom van supergeleiding bij kamertemperatuur bij omgevingsdruk, onlangs gerapporteerd in hydriden alleen onder extreem hoge druk.

Supergeleiding is een fenomeen dat in 1911 werd ontdekt door Heike Kamerlingh Onnes door kwik af te koelen onder de overgang T _C van 4,2 K, bereikbaar met behulp van vloeibaar helium, wat zeldzaam en duur is. Het fenomeen is diepgaand vanwege het vermogen van supergeleiders om nulweerstand te vertonen wanneer elektriciteit door een supergeleidende draad beweegt en de verdrijving van het magnetische veld dat wordt gegenereerd door een magneet. Vervolgens, het enorme potentieel in de energie- en transportsectoren werd onmiddellijk erkend.

Om een ​​supergeleidend apparaat te bedienen, men moet het afkoelen tot onder zijn T _C , wat energie kost. Hoe hoger de T _C , hoe minder energie er nodig is. Daarom, het verhogen van de T _C met het uiteindelijke doel van een kamertemperatuur van 300 K is sinds de ontdekking de drijvende kracht geweest voor wetenschappers in supergeleidingsonderzoek.

In weerwil van de toen heersende overtuiging dat T _C kon de jaren '30 K niet overschrijden, Paul Chu, en collega's ontdekten supergeleiding in een nieuwe familie van verbindingen bij 93 K in 1987, bereikt door het loutere gebruik van de goedkope, kosteneffectieve industriële koelvloeistof van vloeibare stikstof. de T _C is sindsdien continu verhoogd tot 164 K door Chu et al. en andere daaropvolgende groepen wetenschappers. Onlangs een T _C van 287 K werd bereikt door Dias et al. van Rochester University in koolstof-waterstof-sulfide onder 267 gigapascal (GPa).

Kortom, de vooruitgang van T _C tot kamertemperatuur inderdaad binnen handbereik is. Maar voor toekomstige wetenschappelijke en technologische ontwikkeling van hydriden, karakterisering van materialen en fabricage van apparaten bij omgevingsdruk is noodzakelijk.

"Onze methode stelt ons in staat om het materiaal supergeleidend te maken met een hogere T _C zonder druk. Het stelt ons zelfs in staat om bij omgevingstemperatuur de niet-supergeleidende fase te behouden die alleen bestaat in FeSe boven 8 GPa. Er is geen reden waarom de techniek niet in gelijke mate kan worden toegepast op de hydriden die tekenen van supergeleiding hebben vertoond met een T _C kamertemperatuur nadert."

De prestatie brengt de academische gemeenschap dichter bij kamertemperatuur supergeleiding (RTS) zonder druk, wat alomtegenwoordige praktische toepassingen zou betekenen voor supergeleiders uit de medische wereld, via krachtoverbrenging en opslag tot transport, met effecten wanneer elektriciteit wordt gebruikt.

Supergeleiding als middel om energieopwekking te verbeteren, opslag en verzending is geen nieuw idee, maar het vereist verder onderzoek en ontwikkeling om wijdverbreid te worden voordat supergeleiding bij kamertemperatuur een realiteit wordt. De capaciteit voor nul elektrische weerstand betekent dat energie kan worden opgewekt, zonder verlies verzonden en opgeslagen - een enorm voordelig voordeel. Echter, de huidige technologie vereist dat het supergeleidende apparaat bij extreem lage temperaturen wordt bewaard om zijn unieke staat te behouden, waarvoor nog steeds extra energie nodig is als overheadkost, om nog maar te zwijgen van het potentiële gevaar van het per ongeluk uitvallen van het koelsysteem. Vandaar, een RTS-supergeleider zonder extra druk om zijn gunstige eigenschappen te behouden, is een noodzaak om verder te gaan met meer praktische toepassingen.

De eigenschappen van supergeleiding maken ook de weg vrij voor een concurrent van de beroemde bullet-trein die in heel Oost-Azië te zien is:een maglev-trein. Afkorting van "magnetische levitatie, " de eerste maglev-trein die in 2004 in Shanghai werd gebouwd, breidde het gebruik in Japan en Zuid-Korea met succes uit en wordt overwogen voor commerciële exploitatie in de VS. Met topsnelheden van 375 mijl per uur, cross country vluchten zien een snelle concurrent in de maglev-trein. Een supergeleider op kamertemperatuur zou Elon Musk kunnen helpen zijn droom te realiseren van een "hyperloop" om te reizen met een snelheid van 1000 mijl per uur.

Deze succesvolle implementatie van de PQ-techniek op supergeleiders bij kamertemperatuur, besproken in het artikel van Chu en Deng, is van cruciaal belang om supergeleiders mogelijk te maken voor alomtegenwoordige praktische toepassingen.

Nu is het raadsel van RTS bij omgevingsdruk nog dichterbij opgelost.