I över 65 år har niobiumborid (NbB) har ansetts vara ett klassiskt exempel på ett supraledande material. Detta antagande, registrerad i manualer om kondensmaterialets fysik och artiklar i vetenskapliga tidskrifter, har nu bestridits i en studie gjord av forskare vid University of São Paulo (USP) i Brasilien och vid San Diego State University i USA.

I en artikel publicerad i Material för fysisk granskning , forskarna visar att supraledningen hittills inte berodde på NbB. De supraledande egenskaperna associerades med filament av nästan rent niob som slingrade sig runt kornen av NbB i de undersökta proverna.

Huvudutredaren för studien var Renato de Figueiredo Jardim vid universitetet i São Paulo. "Vi vet att elementet niob (Nb) i sig är supraledande när det kyls till mycket låga temperaturer i intervallet 9,2 kelvin, "Sa Jardim." Nu, Vi har upptäckt att detta inte är fallet för NbB. Prover av NbB innehåller en stor volymetrisk fraktion av NbB men också en liten mängd nästan ren Nb. Två distinkta kristallina faser samexisterar i de studerade materialen. Denna minoritetsfas, omfattande cirka 98 procent niob och 2 procent bor, är det som beter sig som en superledare. "

I elektronmikroskopets bilder som återges i artikeln, de vita trådarna motsvarar minoritetsfasen som består av cirka 98 procent niob och 2 procent bor. Notationen som används för att karakterisera denna komposition är Nb _0,98 B _0,02 . De grå områdena, motsvarar den större volymetriska fraktionen, är NbB.

Författarna noterar att även om det förekommer i en liten volymetrisk fraktion, minoritetsfasen (Nb _0,98 B _0,02 ) är supraledande och bildar ett tredimensionellt nät genom vilket den elektriska strömmen kan passera från materialets ena extremitet till den andra. Denna funktion har sannolikt vilselett forskare som tidigare undersökt NbB, som därmed fann att materialet var supraledande vid temperaturer under cirka 9 kelvin.

Som Jardim förklarar, identifieringen av NbB -gitterstruktur genom att skanna elektronmikroskopi gav ett kvalitativt bevis på egenskapen baserat på visuella bevis. "Men bara denna punkt var inte tillräcklig för att bekräfta vår hypotes, "noterade han." Vi var tvungna att gå längre för att leta efter kvantitativa bevis. Vi gjorde det genom att tillämpa en termodynamisk modell på data från de studerade materialen, och på detta sätt, vi fick det bevis vi sökte. "

Ur makroskopisk synvinkel, supraledning är en egenskap hos vissa material som, när den kyls under en given temperatur, leda el utan någon energiförlust - dvs. med noll elektrisk motstånd.

De tekniska tillämpningarna av supraledning är ganska välkända idag. Huvudapplikationen är i spolar gjorda med supraledande tråd. När en sådan spole kyls och värmeisoleras, en applicerad elektrisk ström flyter genom den på obestämd tid, genererar magnetfält utan energislösning. Denna typ av enhet används i magnetisk resonanstomografi (MRI) utrustning, som har blivit vanligt.

"Tekniken har utvecklats mycket under de senaste åren, "Sa Jardim." En speciell typ av vakuumkolv som kallas dewar används för kryogen lagring med en inre temperatur vid nivån av flytande helium, vilket är 4,2 kelvin (ungefär minus 270 ° C). Dessa dewars är kommersiellt tillgängliga och kan användas för att kyla supraledande spolar. "

Enligt Jardim, inga tekniska tillämpningar för närvarande förutses för NbB. Dock, han säger, "En" kusin "till NbB, magnesiumdiborid (MgB ₂ ), har väckt stort intresse sedan det senaste decenniet. Vår forskning kan bidra till dess tekniska tillämpning. "

Superledare och diamagnetism

Bredvid denna makroskopiska egendom, Jardim säger, det finns en annan makroskopisk egenskap som heter "perfekt, "genom vilket superledarens inre magnetfält är helt uteslutet när materialet placeras i ett yttre magnetfält.

Diamagnetism finns i alla material. Dock, den är ofta så svag att dess manifestation maskeras av andra, mer robusta magnetiska svar, som ferromagnetism, där materialet lockas av ett yttre magnetfält, och paramagnetism, där materialets atommagnetiska dipoler är parallella med det yttre magnetfältet.

När det diamagnetiska svaret är tillräckligt starkt, som i en superledare, avstötningen på grund av magnetfältet kan få materialet att sväva. Detta fenomen har nyligen blivit känt. "Diamagnetism kan ses som generering av en ström på materialets yta som resulterar i ett magnetfält av samma storlek som det yttre magnetfältet som appliceras men verkar i motsatt riktning. Det är som om materialet försvinner från dess inuti magnetfältet där det är nedsänkt, "Förklarade Jardim.