Florida State University forskare har upptäckt ett nytt sätt att förbättra prestanda för elektriska ledningar som används som högtemperatur superledare (HTS), fynd som har potential att driva en ny generation partikelacceleratorer.

En bild av Bi-2212, vismutbaserade supraledande trådar. (Mark Wallheiser/FAMU-FSU College of Engineering) Forskare använde högupplöst elektronmikroskopi för att förstå hur bearbetningsmetoder påverkar korn i vismutbaserade supraledande trådar (känd som Bi-2212). Dessa korn utgör de underliggande strukturerna för högtemperatur superledare, och forskare som tittar på Bi-2212-kornen i atomskala optimerade framgångsrikt deras inriktning i en process som gör materialet mer effektivt för att bära en supraledande ström, eller superström. Deras arbete publicerades i tidningen Superledare Science and Technology.

Forskarna fann att de enskilda kornen har en lång rektangulär form, med deras längre sida pekande längs samma axel som tråden-en så kallad biaxial struktur. De är arrangerade i ett cirkulärt mönster som följer trådens väg, så att orienteringen bara syns i mycket liten skala. Dessa två egenskaper ger tillsammans Bi-2212-kornen en kvasi-biaxial konsistens, vilket visade sig vara en idealisk konfiguration för superströmflöde.

"Genom att förstå hur man optimerar strukturen för dessa korn, vi kan tillverka HTS runda trådar som bär högre strömmar på det mest effektiva sättet, "sa Abiola Temidayo Oloye, doktorand vid FAMU-FSU College of Engineering, forskare vid National High Magnetic Field Laboratory (MagLab) och tidningens huvudförfattare.

Superledare, till skillnad från konventionella ledare som koppar, kan transportera elektricitet med perfekt effektivitet eftersom elektroner inte stöter på friktion när de reser i den supraledande tråden. Bi-2212-ledningar tillhör en ny generation av högfältssupraledare för att bygga supraledande magneter, som är avgörande verktyg för vetenskaplig forskning vid laboratorier runt om i världen, inklusive National High Magnetic Field Laboratory där forskargruppen genomförde sina experiment.

Högtemperatur supraledare som Bi-2212 kan leda ström vid mycket högre magnetfält än lågtemperatur supraledare (LTS) och är en viktig del av designen för ännu kraftfullare partikelacceleratorer vid Large Hadron Collider vid European Organization for Nuclear Research (CERN).

"Vi optimerade de runda trådarna Bi-2212 för att bära mer ström, med tanke på skalskillnaden mellan laboratoriet och tillverkaren, "Oloye sa." Processen vi utvecklar i labbet måste skala till tillverkningsnivån för att tekniken ska bli kommersiellt livskraftig och vi kunde göra det i studien. "

Tidigare arbete utfört av Fumitake Kametani, docent i maskinteknik vid FAMU-FSU College of Engineering, MagLab -forskare, och huvudutredare för studien, visade vikten av kvasi-biaxiell struktur i Bi-2212 runda trådar för strömmar. Detta dokument fortsatte förutsättningen och demonstrerade de faktorer som behövs för att uppnå optimal kvasi-biaxial konsistens.

"Den mikrostrukturella karaktärisering som används är unik för att analysera kristallstrukturen för runda trådar Bi-2212, "Sade Kametani." Tekniken används vanligtvis för att analysera metaller och legeringar, och vi har anpassat det för att utveckla nya provberedningsmetoder för att ytterligare optimera Bi-2212 HTS trådteknik. "

Den stora bilden är att kunna använda Bi-2212 runda ledningar i framtida högfältsmagnetapplikationer.

"Eftersom det är den enda högtemperatur supraledaren som finns i rund trådform, materialet kan lättare ersätta befintlig teknik med hjälp av LTS -trådar tillverkade av andra material, "Oloye sa." Andra HTS som REBCO och Bi-2223 är endast tillgängliga i bandform, vilket lägger till ett lager av komplexitet för magnetdesign. "