يتقدم علماء الفيزياء في سباق الموصلية الفائقة في درجة حرارة الغرفة

قبل عامين ، صُدم العالم العلمي باكتشاف مادة قادرة على الموصلية الفائقة في درجة حرارة الغرفة. الآن ، قام فريق من علماء الفيزياء من جامعة نيفادا لاس فيجاس (UNLV) بزيادة الرهان بإعادة إنشاء الرقم القياسي عند أدنى ضغط تم تسجيله على الإطلاق.

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

عناوين الصحف الدولية وجدت في عام 2020 الموصلية الفائقة في درجة حرارة الغرفة لأول مرة بقلم الفيزيائي من جامعة UNLV أشكان سلامات والفيزيائي في جامعة روتشستر رانجا دياس. لتحقيق هذا العمل الفذ ، قام العلماء أولاً بدمج مزيج كيميائي من الكربون والكبريت والهيدروجين في حالة معدنية ، ثم في حالة فائقة التوصيل في درجة حرارة الغرفة باستخدام ضغط مرتفع للغاية – 267 جيجا باسكال – ظروف يمكنك رؤيتها فقط. الطبيعة بالقرب من مركز الأرض.

في أقل من عامين ، أصبح الباحثون قادرين الآن على إكمال الرقم القياسي عند 91 جيجا باسكال فقط – ثلث الضغط الذي تم الإبلاغ عنه في البداية. تم نشر النتائج الجديدة كورقة بحثية متقدمة في المجلة التفاعلات الكيميائية هذا الشهر.

اكتشاف خارق

من خلال الضبط التفصيلي لتركيب الكربون والكبريت والهيدروجين المستخدم في الاختراق الأصلي ، يستطيع الباحثون الآن جعل المادة تحتفظ بحالة الموصلية الفائقة عند ضغط منخفض.

قال جريجوري ألكسندر سميث ، المؤلف الرئيسي للدراسة: “هذه مستويات صعبة من الضغط لفهمها وتقييمها خارج المختبر ، لكن مسارنا الحالي يظهر أنه يمكن تحقيق درجات حرارة عالية الموصلية الفائقة نسبيًا عند ضغوط منخفضة نسبيًا – هدفنا النهائي”. باحث طالب دراسات عليا مع UNLV مختبر الظروف القاسية في نيفادا (نيكسل). “في نهاية المطاف ، إذا أردنا صنع أجهزة مفيدة لاحتياجات المجتمع ، فنحن بحاجة إلى تقليل الضغط المطلوب لإنشائها.”

على الرغم من أن الضغوط لا تزال مرتفعة – أكبر ألف مرة مما قد تتعرض له في قاع المحيط الهادئ ماريانا ترينش – إلا أنهم يواصلون السباق نحو هدف يقترب من الصفر. نظرًا لأن الباحثين يفهمون بشكل أفضل العلاقة الكيميائية بين الكربون والكبريت والهيدروجين ، فإنها تكتسب بخارًا في UNLV.

“معرفتنا بالعلاقة بين الكربون والكبريت تتقدم بسرعة ، ونجد نسبًا تؤدي إلى استجابات مختلفة بشكل كبير وأكثر فاعلية مما لوحظ في البداية” ، قال سلامات ، الذي يدير NEXCL التابع لـ UNLV وساهم في آخر التطورات. دراسة “إن رصد مثل هذه الظواهر المتباينة في نظام واحد يظهر ثراء الطبيعة الأم. وهناك الكثير لفهمه ، وكل اختراق جديد يقربنا من انهيار الأجهزة فائقة التوصيل اليومية.

الكأس المقدسة لكفاءة الطاقة

تعتبر الموصلية الفائقة ظاهرة رائعة لوحظت لأول مرة منذ أكثر من قرن مضى ، ولكن فقط في درجات حرارة منخفضة بشكل ملحوظ مما يمنع أي تفكير في التطبيق العملي. فقط في الستينيات من القرن الماضي ، اعتبر العلماء هذا العمل الفذ ممكنًا في درجات حرارة أعلى. أثار اكتشاف سلامات وزملائه في عام 2020 لموصل فائق في درجة حرارة الغرفة العالم العلمي جزئيًا لأن التكنولوجيا تدعم تدفق الكهرباء عند مقاومة صفرية ، مما يعني أن الطاقة التي تمر عبر دائرة كهربائية يمكن إجراؤها إلى أجل غير مسمى ودون فقدان الطاقة. قد يكون لهذا آثار كبيرة على تخزين الطاقة ونقلها ، ودعم كل شيء من بطاريات الهواتف المحمولة الأفضل إلى شبكات الطاقة الأكثر كفاءة.

وقال سلامات “أزمة الطاقة العالمية لا تظهر بوادر للتراجع والتكاليف آخذة في الارتفاع جزئياً بسبب خسارة شبكة الطاقة الأمريكية نحو 30 مليار دولار سنوياً بسبب عدم كفاءة التكنولوجيا الحالية”. “من أجل التغيير الاجتماعي ، نحتاج إلى القيادة بالتكنولوجيا ، وأعتقد أن العمل الذي يحدث اليوم هو في طليعة حلول الغد.”

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

وقال “تخيل استخدام الطاقة في ولاية نيفادا وإرسالها عبر البلاد دون فقدان الطاقة”. “هذه التكنولوجيا ستجعل ذلك ممكنا في يوم من الأيام.”

ملاحظة: G. ألكسندر سميث وإنيز إي. كولينجز ، إليوت سنايدر ، دين سميث ، سيلفان بيتيتغراد ، جيسي س. سميث ، ميلاني وايت ، إيلي “يؤدي محتوى الكربون إلى ارتفاع درجة حرارة الموصلية الفائقة في هيدريد الكبريت الكربوني أقل من 100 جيجا باسكال” إليسون ، كيث ف. لولر ، رانجا ب. دياز وأشكان سلامات ، 7 يوليو 2022 ، التفاعلات الكيميائية.
DOI: 10.1039 / D2CC03170A

سميث ، المؤلف الرئيسي ، باحث سابق في جامعة UNLV في مختبر سلامات ومرشح دكتوراه حالي في الكيمياء والبحث مع NEXCL. ومن بين مؤلفي الدراسة الإضافيين سلامات ودين سميث وبول إليسون وميلاني وايت وكيث لولر من UNLV. رانجا دياز وإليوت سنايدر وإليز جونز من جامعة روتشستر ؛ Ines E. Collings مع المختبرات الفيدرالية السويسرية لعلوم وتكنولوجيا المواد ، سيلفان بيتيتجارد مع ETH Zurich ؛ وجيسي س مع مختبر أرجون الوطني.