Supraledares unika egenskap med noll motstånd kan revolutionera kraftöverföring och transport. Dock, de flesta konventionella supraledare kräver kylning till extremt låga temperaturer som endast kan uppnås med flytande helium, en dyr kylvätska. Materialforskare undersöker nu högtemperatursupraledare (HTS) som kan kylas till ett supraledande tillstånd genom att använda det betydligt billigare flytande kvävet, som har en anmärkningsvärt högre temperatur än flytande helium.

För närvarande, ett potentiellt HTS-material för en sådan prospektering är (RE)Ba ₂ Cu ₃ O _y , RE-123, där RE står för sällsynta jordartsmetaller som yttrium (Y), gadolinium (Gd), erbium (Er), neodym (Nd), eller europium (Eu). Dessa material i enkristallin form kan övervinna fysiska begränsningar som försvagar supraledning, vilket öppnar dörrar till en mängd olika tekniska tillämpningar.

I en nyligen publicerad studie publicerad i Journal of Alloys and Compounds , ett team av forskare från Shibaura Institute of Technology, Japan, ledd av Prof. Muralidhar Miryala, en pionjär inom HTS-området, utvecklat enkristallina bulksupraledare som kan fånga magnetfält inom dem på ett sätt som liknar hur ferromagneter (järn, nickel, kobolt) behåller magnetfältet. "Det fångade fältet är en av de mest relevanta parametrarna i många praktiska tillämpningar av bulk RE-123 och är relaterad till bulkdiametern, " förklarar Prof. Miryala.

Bland de många tillgängliga teknikerna för tillverkning av bulk RE-123, laget gick för en infiltrerad tillväxt (IG) teknik, i vilken fast (RE)BaCuO ₅ (RE-211) reagerar med en Ba-Cu-O-vätskefas för att bilda den supraledande RE-123. Prof. Miryala förklarar motivationen bakom deras tillvägagångssätt:"IG-tekniken producerar RE-123-bulks utan homogenitet, kan utföras i luft, och skalas upp till industriella nivåer. Dessutom, det ger en bördig grund för att utforska ternära RE-elementsystem, som inte har studerats förrän nu."

Nyligen, teamet undersökte det ternära (Gd _0,33 Y _0,33-x Er _0,33+x )-123 bulksystem, optimera dess sammansättning genom att justera förhållandet mellan Y och Er i 211-prekursorn (specifikt, x =0, 0,05, 0,1, 0,15, och 0,2). Teamet karakteriserade de supraledande faserna i proverna med hjälp av röntgendiffraktion och mätte det fångade fältet och supraledande övergångstemperaturen (T _c ). Till sist, de utförde mikrostrukturell och kemisk analys med hjälp av fältemissionsscanning elektronmikroskop (FESEM) och energidispergerande röntgenspektroskopi (EDX).

XRD bevisade den enkristallina naturen hos RE-123-bulkarna, med t _c värden i intervallet (91,5-92) K, som låg betydligt över kokpunkten för flytande kväve (77K), och det högsta fångade fältet på 0,53 tesla observerades i (Gd _0,33 Y _0,13 Er _0,53 (x=0,2). FESEM och EDX identifierade fint dispergerade (Gd, Y, Er) -211 partiklar i alla prover, med en Er-rik fällningsfördelning för x=0,2, provet som också visade den bästa supraledande prestandan.

"Fynden i vår studie ger en uppfattning om hur man implementerar en lågkostnadsproduktion av högpresterande (Gd, Y, Er)BCO-bulks för verkliga applikationer som magnetisk levitation, supraledande lager, lagring av svänghjulsenergi, magnetisk resonanstomografi, roterande motorer, läkemedelstillförsel och vattenrening, säger Prof. Miryala.