Forskere lager første selvmonterte superledere

Her lager forskere små hjerner av hud (Juni 2019).

Anonim

Et tverrfaglig team i Cornell bygger på nesten to tiårs forskning, og har skapt en ny sti ved å skape en selvmontert, tredimensjonal gyroidal superleder.

Ulrich Wiesner, en materialvitenskapelig og ingeniørfaglig professor som ledet gruppen, sier at det er første gang en superleder, i dette tilfellet niobiumnitrid (NbN), har selvmontert seg i en porøs, 3-D gyroidal struktur. Gyroid er en kompleks kubisk struktur basert på en overflate som deler plass i to separate volumer som er interpenetrerende og inneholder ulike spiraler. Porene og det superledende materialet har strukturelle dimensjoner på bare rundt 10 nanometer, noe som kan føre til helt nye eiendomsprofiler av superledere.

Foreløpig er superledningsevne for praktiske bruksområder som MRI-skannere og fusjonsreaktorer bare mulig ved nesten absolutt null (-459, 67 grader Fahrenheit), selv om nylige eksperimenter har gitt superledende til en forholdsvis balmy -70 grader C (-94 grader F).

"Det er denne innsatsen i forskning for å få superledende ved høyere temperaturer, slik at du ikke trenger å avkjøle lenger, " sa Wiesner. "Det ville revolusjonere alt. Det er en stor drivkraft for å få det."

Wiesner og hans medforfatter Sol Gruner hadde drømt i over to tiår om å lage en gyroidal superleder for å utforske hvordan dette ville påvirke superledende egenskaper. Sværheten var å finne ut en måte å syntetisere materialet på. Gjennombruddet var beslutningen om å bruke NbN som superleder.

Superledningsevne, der elektroner strømmer uten motstand og den resulterende energisparende varmen, er fortsatt et dyrt forslag. MRI bruker superledende magneter, men magneter må hele tiden kjøles, vanligvis med en kombinasjon av flytende helium og nitrogen.

Wiesners gruppe startet ved å bruke organiske blokk-kopolymerer til å strukturere direkte sol-gel-niobiumoksid (Nb2O5) i tredimensjonale vekslende gyroid-nettverk ved hjelp av løsningsmiddeldampningsinducert selvmontering. Enkelt sagt, bygget gruppen to sammenflettede gyroidale nettverk strukturer, deretter fjernet en av dem ved oppvarming i luften ved 450 grader.

Lagets funn inneholdt litt "serendipity", sa Wiesner. I det første forsøk på å oppnå superledningsevne ble niobiumoksidet (under flytende ammoniakk for omdannelse til nitridet) oppvarmet til en temperatur på 700 grader. Etter avkjøling av materialet til romtemperatur ble det bestemt at superledningsevne ikke var oppnådd. Det samme materiale ble deretter oppvarmet til 850 grader, avkjølt og testet, og superledningsevne ble oppnådd.

"Vi prøvde å gå direkte til 850, og det fungerte ikke, " sa Wiesner. "Så vi måtte varme det til 700, avkjøle det og deretter varme det til 850 og så fungerte det. Bare da."

Wiesner sa at gruppen ikke klarer å forklare hvorfor oppvarming, kjøling og oppvarming fungerer, men "det er noe vi fortsetter å undersøke, " la han til.

Begrenset tidligere studie på mesostrukturerte superledere skyldtes delvis en mangel på egnet materiale for testing. Arbeidet fra Wiesners team er et første skritt mot mer forskning på dette området.

"Vi sier til superledende samfunn, " Hei, se folk, disse organiske blokk-kopolymermaterialene kan hjelpe deg med å generere helt nye superledende strukturer og komposittmaterialer, som kan ha helt nye egenskaper og overgangstemperaturer. Dette er verdt å se på, "" Wiesner sa.

Gruppens funn er detaljert i et dokument publisert i Science Advances, 29. januar.

menu
menu