Minder dan twee jaar na het schokken van de wetenschappelijke wereld met de ontdekking van een materiaal dat in staat is tot supergeleiding bij kamertemperatuur, heeft een team van UNLV-natuurkundigen de lat opnieuw verhoogd door de prestatie te reproduceren bij de laagste ooit gemeten druk.

Met andere woorden, de wetenschap is dichter dan ooit bij een bruikbaar, reproduceerbaar materiaal dat ooit een revolutie teweeg kan brengen in de manier waarop energie wordt getransporteerd. UNLV-natuurkundige Ashkan Salamat en collega Ranga Dias, een natuurkundige aan de Universiteit van Rochester, haalden in 2020 internationale krantenkoppen door voor het eerst melding te maken van supergeleiding bij kamertemperatuur. Om de prestatie te bereiken, hebben de wetenschappers een mengsel van koolstof, zwavel en waterstof chemisch gesynthetiseerd, eerst in een metallische toestand en vervolgens nog verder in een supergeleidende toestand bij kamertemperatuur met behulp van extreme druk - 267 gigapascal - omstandigheden die je alleen in de natuur zou vinden nabij het middelpunt van de aarde. Snel vooruit, minder dan twee jaar, en het team is nu in staat om de prestatie te voltooien met slechts 91 GPa - ongeveer een derde van de aanvankelijk gerapporteerde druk. De nieuwe bevindingen werden deze maand gepubliceerd als een voorschotartikel in het tijdschrift Chemical Communications .

Een super ontdekking

Door een gedetailleerde afstemming van de samenstelling van koolstof, zwavel en waterstof die bij de oorspronkelijke doorbraak werd gebruikt, zijn wetenschappers in staat om bij een lagere druk een materiaal te produceren dat zijn staat van supergeleiding behoudt.

"Dit zijn drukken op een niveau dat moeilijk te begrijpen en te evalueren is buiten het laboratorium, maar ons huidige traject laat zien dat het mogelijk is om relatief hoge supergeleidende temperaturen te bereiken bij constant lagere drukken - wat ons uiteindelijke doel is", zegt hoofdauteur Gregory Alexander Smith, een afgestudeerde student-onderzoeker bij UNLV's Nevada Extreme Conditions Laboratory (NEXCL). "Uiteindelijk, als we apparaten willen maken die gunstig zijn voor maatschappelijke behoeften, moeten we de druk verminderen die nodig is om ze te maken."

Hoewel de druk nog steeds hoog is - ongeveer duizend keer hoger dan je zou ervaren op de bodem van de Mariana Trench in de Stille Oceaan - blijven ze racen naar een doel van bijna nul. Het is een race die exponentieel aan kracht wint bij UNLV naarmate wetenschappers een beter begrip krijgen van de chemische relatie tussen de koolstof, zwavel en waterstof waaruit het materiaal bestaat.

"Onze kennis van de relatie tussen koolstof en zwavel neemt snel toe en we vinden verhoudingen die leiden tot opmerkelijk andere en efficiëntere reacties dan aanvankelijk werd waargenomen", zegt Salamat, die de NEXCL van UNLV leidt en bijdroeg aan de laatste studie. "Het observeren van zulke verschillende fenomenen in een soortgelijk systeem toont alleen maar de rijkdom van Moeder Natuur. Er is zoveel meer te begrijpen, en elke nieuwe vooruitgang brengt ons dichter bij de afgrond van alledaagse supergeleidende apparaten."

De heilige graal van energie-efficiëntie

Supergeleiding is een opmerkelijk fenomeen dat meer dan een eeuw geleden voor het eerst werd waargenomen, maar alleen bij opmerkelijk lage temperaturen die elke gedachte aan praktische toepassing verhinderden. Pas in de jaren zestig theoretiseerden wetenschappers dat de prestatie mogelijk zou zijn bij hogere temperaturen. De ontdekking in 2020 door Salamat en collega's van een supergeleider bij kamertemperatuur heeft de wetenschappelijke wereld enthousiast gemaakt, deels omdat de technologie elektrische stroom ondersteunt zonder weerstand, wat betekent dat energie die door een circuit gaat oneindig en zonder verlies van vermogen kan worden geleid. Dit kan grote gevolgen hebben voor de opslag en transmissie van energie, waarbij alles wordt ondersteund, van betere batterijen voor mobiele telefoons tot een efficiënter energienetwerk.

"De wereldwijde energiecrisis vertoont geen tekenen van vertraging en de kosten stijgen deels als gevolg van een Amerikaans energienetwerk dat jaarlijks ongeveer $ 30 miljard verliest vanwege de inefficiëntie van de huidige technologie", aldus Salamat. "Voor maatschappelijke verandering moeten we voorop lopen met technologie, en het werk van vandaag is, denk ik, in de voorhoede van de oplossingen van morgen."

Volgens Salamat kunnen de eigenschappen van supergeleiders een nieuwe generatie materialen ondersteunen die de energie-infrastructuur van de VS en daarbuiten fundamenteel kunnen veranderen.

"Stel je voor dat je energie in Nevada kunt gebruiken en het door het land kunt sturen zonder energieverlies", zei hij. "Deze technologie zou het ooit mogelijk kunnen maken." + Verder verkennen

Onder druk reageert 'squishy' verbinding op opmerkelijke manieren