Physiker gewinnen im Wettlauf um Supraleitung bei Raumtemperatur deutlich

Weniger als zwei Jahre nachdem die Wissenschaftswelt mit der Entdeckung eines Materials schockiert wurde, das zur Supraleitung bei Raumtemperatur fähig ist, hat ein Team von UNLV-Physikern den Einsatz noch einmal erhöht, indem es die Leistung beim niedrigsten jemals aufgezeichneten Druck reproduziert hat.

Mit anderen Worten, die Wissenschaft ist näher denn je an einem nutzbaren, replizierbaren Material, das eines Tages den Energietransport revolutionieren könnte. Der UNLV-Physiker Ashkan Salamat und sein Kollege Ranga Dias, ein Physiker an der University of Rochester, machten 2020 internationale Schlagzeilen, indem sie erstmals über Supraleitung bei Raumtemperatur berichteten. Um das Kunststück zu erreichen, haben die Wissenschaftler eine Mischung aus Kohlenstoff, Schwefel und Wasserstoff chemisch synthetisiert, zunächst in einen metallischen Zustand und dann sogar noch weiter in einen supraleitenden Zustand bei Raumtemperatur, wobei extremer Druck – 267 Gigapascal – Bedingungen verwendet wurde, die man nur in der Natur findet in der Nähe des Erdmittelpunkts. Wenn wir weniger als zwei Jahre vorspulen, ist das Team nun in der Lage, das Kunststück mit nur 91 GPa zu vollenden – etwa einem Drittel des ursprünglich gemeldeten Drucks. Die neuen Erkenntnisse wurden diesen Monat als Vorabartikel in der Zeitschrift veröffentlicht Chemische Kommunikation.

Eine super Entdeckung

Durch eine detaillierte Abstimmung der Zusammensetzung von Kohlenstoff, Schwefel und Wasserstoff, die beim ursprünglichen Durchbruch verwendet wurde, sind Wissenschaftler in der Lage, ein Material bei einem niedrigeren Druck herzustellen, das seinen Zustand der Supraleitung beibehält.

„Dies sind Drücke auf einem Niveau, das außerhalb des Labors schwer zu verstehen und zu bewerten ist, aber unsere aktuelle Entwicklung zeigt, dass es möglich ist, relativ hohe Supraleitungstemperaturen bei konstant niedrigeren Drücken zu erreichen – was unser ultimatives Ziel ist“, sagte der Hauptautor der Studie, Gregory Alexander Smith. ein graduierter studentischer Forscher beim Nevada Extreme Conditions Laboratory (NEXCL) des UNLV. „Wenn wir Geräte für gesellschaftliche Bedürfnisse nützlich machen wollen, müssen wir letztendlich den Druck verringern, der zu ihrer Herstellung erforderlich ist.“

Obwohl der Druck immer noch hoch ist – etwa tausendmal höher als auf dem Grund des Marianengrabens im Pazifischen Ozean – rasten sie weiter auf ein Ziel von nahe Null zu. Es ist ein Rennen, das bei UNLV exponentiell an Fahrt gewinnt, da Wissenschaftler ein besseres Verständnis der chemischen Beziehung zwischen Kohlenstoff, Schwefel und Wasserstoff erlangen, aus denen das Material besteht.

„Unser Wissen über die Beziehung zwischen Kohlenstoff und Schwefel schreitet schnell voran, und wir finden Verhältnisse, die zu bemerkenswert anderen und effizienteren Reaktionen führen als ursprünglich beobachtet“, sagte Salamat, der NEXCL von UNLV leitet und zu den neuesten beigetragen hat lernen. „Solch unterschiedliche Phänomene in einem ähnlichen System zu beobachten, zeigt einfach den Reichtum von Mutter Natur. Es gibt so viel mehr zu verstehen, und jeder neue Fortschritt bringt uns näher an den Abgrund alltäglicher supraleitender Geräte.“

Der heilige Gral der Energieeffizienz

Supraleitung ist ein bemerkenswertes Phänomen, das erstmals vor mehr als einem Jahrhundert beobachtet wurde, aber nur bei bemerkenswert niedrigen Temperaturen, die jeden Gedanken an eine praktische Anwendung vorwegnahmen. Erst in den 1960er Jahren theoretisierten Wissenschaftler, dass das Kunststück bei höheren Temperaturen möglich sein könnte. Die Entdeckung eines Supraleiters bei Raumtemperatur im Jahr 2020 durch Salamat und Kollegen begeisterte die Wissenschaftswelt teilweise, weil die Technologie den elektrischen Fluss ohne Widerstand unterstützt, was bedeutet, dass Energie, die durch einen Stromkreis fließt, unendlich und ohne Leistungsverlust geleitet werden kann. Dies könnte erhebliche Auswirkungen auf die Energiespeicherung und -übertragung haben und alles von besseren Handybatterien bis hin zu einem effizienteren Energienetz unterstützen.

„Die globale Energiekrise zeigt keine Anzeichen einer Verlangsamung, und die Kosten steigen teilweise aufgrund eines US-Energienetzes, das aufgrund der Ineffizienz der aktuellen Technologie jährlich etwa 30 Milliarden US-Dollar verliert“, sagte Salamat. „Für den gesellschaftlichen Wandel müssen wir mit Technologie führend sein, und die Arbeit von heute steht meiner Meinung nach an der Spitze der Lösungen von morgen.“

Laut Salamat können die Eigenschaften von Supraleitern eine neue Generation von Materialien unterstützen, die die Energieinfrastruktur der USA und darüber hinaus grundlegend verändern könnten.

„Stellen Sie sich vor, Energie in Nevada zu nutzen und ohne Energieverlust durch das Land zu schicken“, sagte er. „Diese Technologie könnte es eines Tages möglich machen.“