Vetenskapen tar ett steg framåt i jakten på supraledare som inte kommer att kräva ultrahögt tryck för att fungera, tack vare multinationell forskning ledd av Xiaojia Chen vid University of Houston.
"Det har länge varit supraledningsforskares mål att underlätta eller till och med eliminera de kritiska kontroller som för närvarande krävs när det gäller temperatur och tryck", säger Chen, doktor Anderson professor i fysik vid UH:s College of Natural Sciences and Mathematics och huvudforskare vid Texas Center för supraledning vid UH.
Utvecklingen mot att eliminera den nuvarande speciella hanteringen som nu krävs av supraledande material – vilket definieras som material som erbjuder liten eller ingen impedans från elektriskt motstånd eller magnetiska fält – antyder att potentialen för radikala ökningar i effektivitet för vissa processer inom forskning, hälsovård, industri och andra kommersiella företag kan bli verklighet inom kort.
Men för närvarande utsträcker förutsättningarna för framgångsrik supraledning resurserna för många potentiella användare, till och med många forskningslaboratorier.
Chen förklarar att sänkning av det tillgängliga trycket för supraledning är ett viktigt mål med de nuvarande studierna av hydrider. "Men experimenten utmanas fortfarande i att tillhandahålla en uppsättning övertygande bevis," sa han.
"Till exempel har sällsynta jordartsmetallhydrider rapporterats uppvisa supraledning nära rumstemperatur. Detta är baserat på observationer av två väsentliga egenskaper - noll-resistanstillståndet och Meissner-effekten," sa Chen.
(Meissner-effekten, upptäckt 1933, känner igen en minskning eller omvändning av magnetism när ett material uppnår supraledning, vilket ger fysiker en metod att mäta förändringen.)
"Men dessa supraledande sällsynta jordartsmetaller uppträdde på mål endast vid extremt höga tryck. För att göra framsteg måste vi minska syntestrycket så lågt som möjligt, helst till atmosfärsförhållandena", förklarade Chen.
Chens team fann sitt genombrott med sitt val av ledande media - legeringar av hydrid, som är laboratorietillverkade metalliska ämnen som innehåller vätemolekyler med två elektroner. Specifikt arbetade de med yttrium-ceriumhydrider (Y0,5 Ce0,5 H9 ) och lantan-ceriumhydrider (La0,5). Ce0,5 H10 ).
Införandet av Cerium (Ce) ansågs göra en avgörande skillnad.
"Dessa observationer föreslogs på grund av den förbättrade kemiska förkomprimeringseffekten genom införandet av Ce-elementet i dessa superhydrider," förklarade Chen.
Två tidskriftsartiklar beskriver lagets resultat. Den nyare, i Nature Communications , fokuserar på yttrium-ceriumhydrider; den andra, i Journal of Physics:Condensed Matter , koncentrerar sig på lantan-ceriumhydrider.
Teamet har funnit att dessa supraledare kan upprätthålla relativt höga övergångstemperaturer. Med andra ord är lantan-ceriumhydriderna och yttrium-ceriumhydriderna kapabla till supraledning under mindre extrema förhållanden (vid lägre tryck men bibehåller relativt högre övergångstemperatur) än vad som har uppnåtts tidigare.
"Detta för oss framåt i vår utveckling mot ett fungerande och relativt tillgängligt superledande media," sa Chen. "Vi utsatte våra fynd för flera mätningar av elektrisk transport, synkrotronröntgendiffraktion, Raman-spridning och teoretiska beräkningar. Testerna bekräftade att våra resultat förblir konsekventa."
"Detta fynd pekar på en väg mot supraledning vid hög temperatur som kan vara tillgänglig i många aktuella laboratoriemiljöer," förklarade Chen. Hydridforskningen flyttar gränsen långt bortom den erkända standarden som sätts av kopparoxider (även känd som kuprater).
"Vi har fortfarande en väg att gå för att uppnå verkliga omgivningsförhållanden. Målet är fortfarande att uppnå supraledning vid rumstemperatur och i tryck som motsvarar vår välbekanta marknära atmosfär. Så forskningen fortsätter," sa Chen.
Mer information: Liu-Cheng Chen et al, Synthesis and supraconductivity in yttrium-cerium hydrides at high pressures, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-46133-x
Ge Huang et al, Synthesis of supraconducting phase of La0.5Ce0.5H10 at high pressures, Journal of Physics:Condensed Matter (2023). DOI:10.1088/1361-648X/ad0915
Journalinformation: Nature Communications
Tillhandahålls av University of Houston
