يتقدم الفيزيائيون في سباق الموصلية الفائقة في درجة حرارة الغرفة

قبل أقل من عامين ، صُدم العالم العلمي باكتشاف مادة قادرة على الموصلية الفائقة في درجة حرارة الغرفة. الآن ، قام فريق من الفيزيائيين من جامعة نيفادا ، لاس فيجاس (UNLV) برفع الرهان مرة أخرى من خلال تكرار الإنجاز عند أدنى ضغط تم تسجيله على الإطلاق.

لكي نكون واضحين ، هذا يعني أن العلم أقرب من أي وقت مضى إلى مادة قابلة للاستخدام وقابلة للتكرار يمكن أن تحدث يومًا ما ثورة في طريقة نقل الطاقة.

كانت العناوين الرئيسية الدولية في عام 2020 من خلال اكتشاف الموصلية الفائقة في درجة حرارة الغرفة لأول مرة بقلم الفيزيائي في جامعة UNLV أشكان سلامات وزميله رانجا دياس ، عالم الفيزياء في جامعة روتشستر. لتحقيق هذا الإنجاز ، صنع العلماء خليطًا كيميائيًا من الكربون والكبريت والهيدروجين أولاً في حالة معدنية ثم إلى حالة فائقة التوصيل في درجة حرارة الغرفة باستخدام ضغط مرتفع للغاية – 267 جيجا باسكال – ظروف لن تجدها إلا في الطبيعة بالقرب من المركز من الارض.

بعد أقل من عامين ، أصبح الباحثون قادرين الآن على تحقيق هذا الإنجاز عند 91 جيجا باسكال فقط ، أي حوالي ثلث الضغط الذي تم الإبلاغ عنه في الأصل. تم نشر النتائج الجديدة في مقال أولي في المجلة الاتصالات الكيميائية هذا الشهر.

اكتشاف عظيم

من خلال ضبط تركيبة الكربون والكبريت والهيدروجين المستخدمة في الاختراق الأولي ، يستطيع الباحثون الآن إنتاج مادة تحت ضغط منخفض تحافظ على حالتها فائقة التوصيل.

“هذه ضغوط عند مستوى يصعب فهمه وتقييمه خارج المختبر ، لكن مسارنا الحالي يُظهر أنه من الممكن تحقيق درجات حرارة عالية الموصلية عالية نسبيًا عند ضغوط منخفضة باستمرار – وهذا هو هدفنا النهائي.” ، قالت الدراسة. المؤلف الرئيسي ، جريجوري ألكسندر سميث ، طالب دراسات عليا باحث في UNLV. مختبر الظروف القاسية في نيفادا (نيكسل). “في النهاية ، إذا أردنا جعل الأجهزة مفيدة لاحتياجات المجتمع ، فنحن بحاجة إلى تقليل الضغط لإنشاءها.”

على الرغم من أن الضغوط لا تزال عالية جدًا – حوالي ألف مرة أعلى مما تشعر به في قاع خندق ماريانا في المحيط الهادئ – إلا أنهم يواصلون الاندفاع نحو هدف يقترب من الصفر. إنه سباق ينمو بشكل كبير في UNLV حيث يكتسب الباحثون فهمًا أفضل للعلاقة الكيميائية بين الكربون والكبريت والهيدروجين التي تشكل المادة.

قال سلامات ، الذي يقود NEXCL في UNLV وساهم في أحدث التطورات دراسة. “رصد مثل هذه الظواهر المختلفة في نظام مماثل يظهر ثراء الطبيعة الأم. هناك الكثير لفهمه ، وكل تقدم جديد يقربنا من حافة الهاوية للأجهزة فائقة التوصيل اليومية. »

الكأس المقدسة لكفاءة الطاقة

تعتبر الموصلية الفائقة ظاهرة رائعة لوحظت لأول مرة منذ أكثر من قرن مضى ، ولكن فقط عند درجات حرارة منخفضة بشكل ملحوظ استبقت أي فكرة للتطبيق العملي. حتى ستينيات القرن الماضي ، تكهن العلماء بأن هذا العمل الفذ قد يكون ممكنًا في درجات حرارة أعلى. اكتشاف 2020 من قبل سلامات وزملائه للموصل الفائق في درجة حرارة الغرفة أثار اهتمام العالم العلمي جزئيًا لأن التكنولوجيا تدعم التدفق الكهربائي بدون مقاومة ، مما يعني أن الطاقة المتدفقة عبر الدائرة يمكن أن تكون قيادة غير محدودة دون فقدان الطاقة. قد يكون لهذا آثار كبيرة على تخزين الطاقة ونقلها ، ودعم كل شيء من بطاريات الهواتف المحمولة الأفضل إلى شبكة طاقة أكثر كفاءة.

وقال سلامات “أزمة الطاقة العالمية لا تظهر بوادر للتراجع والتكاليف آخذة في الارتفاع جزئياً بسبب شبكة الطاقة الأمريكية التي تخسر ما يقدر بنحو 30 مليار دولار سنوياً بسبب عدم الكفاءة في التكنولوجيا الحالية”. “من أجل التغيير المجتمعي ، نحتاج إلى أن نكون في طليعة التكنولوجيا ، والعمل الذي يتم القيام به اليوم هو ، على ما أعتقد ، في طليعة حلول الغد.”

وفقًا لسلامات ، يمكن لخصائص الموصلات الفائقة أن تدعم جيلًا جديدًا من المواد التي يمكن أن تغير بشكل أساسي البنية التحتية للطاقة في الولايات المتحدة وخارجها.

قال: “تخيلوا تسخير الطاقة في ولاية نيفادا وإرسالها عبر البلاد دون أي فقد للطاقة”. “هذه التكنولوجيا يمكن أن تجعل ذلك ممكنا في يوم من الأيام.”

المرجع: “يؤدي محتوى الكربون إلى ارتفاع درجة حرارة الموصلية الفائقة في هيدريد الكبريت الكربوني أقل من 100 جيجا باسكال” بقلم ج. ، كيث في.لولر ، رانجا ب.دياس وأشكان سلامات ، 7 يوليو 2022 ، الاتصالات الكيميائية.
DOI: 10.1039 / D2CC03170A

سميث ، المؤلف الرئيسي ، هو باحث سابق في جامعة UNLV في مختبر سلامات وطالب حالي في الكيمياء ودكتوراه باحث في NEXCL. ومن بين مؤلفي الدراسة الآخرين سلامات ودين سميث وبول إليسون وميلاني وايت وكيث لولر من UNLV. رانجا دياس وإليوت سنايدر وإليز جونز من جامعة روتشستر ؛ كولينجز من المختبر الفيدرالي لاختبار المواد والتكنولوجيا ، سيلفان بيتيتغيرارد من المعهد التقني الفدرالي في زيورخ ؛ وجيسي س. سميث من مختبر أرجون الوطني.