Изследователи: Паладият може да бъде ключът към новата ера на свръхпроводниците

През последните години с откриването на никелатите започна нова ера на свръхпроводимостта. Свръхпроводник, който все още остава свръхпроводим при нормална стайна температура и нормално атмосферно налягане, би революционизирал фундаментално начина, по който генерираме, транспортираме и използваме електричество.

Базираните на паладий материали („паладати“) могат да бъдат решението за ново семейство полупроводници, предаде специализираният сайт Oilprice.com, цитирайки данни от Техническия университет на Виена. Ето подробностите:

Въпросът е как можем да произведем най-добрите свръхпроводници, които остават свръхпроводими дори при най-високите възможни температури и околно налягане? Виенският технологичен университет със сътрудничество от Япония показва, че има „зона на Златокоска“ на свръхпроводимост, където базираните на паладий материали („паладати“) могат да бъдат решението.

Новата ера на свръхпроводниците може да започне: През 80-те години на миналия век много свръхпроводящи материали (наречени купрати) са базирани на мед. Тогава бяха открити никелатите – нов вид свръхпроводящи материали на базата на никел.

Това е едно от най-вълнуващите състезания в съвременната физика. През последните години с откриването на никелатите започна нова ера на свръхпроводимостта. Тези свръхпроводници са базирани на никел, поради което много учени говорят за „никелова епоха на изследване на свръхпроводимостта“. В много отношения никелатите са подобни на купратите, които се основават на мед и са открити през 80-те години.

Сега в действие влиза нов клас материали. В сътрудничество между TU Wien и университети в Япония беше възможно да се симулира поведението на различни материали по-прецизно на компютъра от преди. Има „зона на Златокоска“, в която свръхпроводимостта работи особено добре. И тази зона не се достига нито с никел, нито с мед, а с паладий. Това може да постави началото на нова „ера на паладатите“ в изследванията на свръхпроводимостта.

Резултатите са публикувани в научното списание Physical Review Letters.

Търсенето на по-високи температури на преход

При високи температури свръхпроводниците се държат много подобно на други проводящи материали. Но когато се охладят под определена „критична температура“, те се променят драстично, електрическото им съпротивление изчезва напълно и изведнъж могат да провеждат електричество без никакви загуби. Тази граница, при която материалът преминава между свръхпроводящо и нормално проводящо състояние, се нарича „критична температура“.

Проф. Карстен Хелд от Института по физика на твърдото тяло към TU Wien каза: „Вече сме в състояние да изчислим тази „критична температура“ за цял набор от материали. С нашето моделиране на високопроизводителни компютри успяхме да предвидим фазовата диаграма на никелатната свръхпроводимост с висока степен на точност, както показаха експериментите по-късно".

Много материали стават свръхпроводящи само малко над абсолютната нула (-273,15°C), докато други запазват своите свръхпроводящи свойства дори при много по-високи температури. Свръхпроводник, който все още остава свръхпроводим при нормална стайна температура и нормално атмосферно налягане, би революционизирал фундаментално начина, по който генерираме, транспортираме и използваме електричество.

Такъв материал обаче все още не е открит. Въпреки това високотемпературните свръхпроводници, включително тези от купратния клас, играят важна роля в технологиите – например при предаването на големи токове или в производството на изключително силни магнитни полета.

Мед? Никел? Или паладий?

Търсенето на възможно най-добрите свръхпроводящи материали е трудно. Има много различни химични елементи, които са под въпрос. Можете да ги съберете в различни структури, можете да добавите малки следи от други елементи, за да оптимизирате свръхпроводимостта.

Проф. Хелд отбеляза: „За да намерите подходящи кандидати, трябва да разберете на квантово-физично ниво как електроните взаимодействат помежду си в материала.“

Това показа, че има оптимум за силата на взаимодействие на електроните. Взаимодействието трябва да е силно, но и не твърде силно. Между тях има „златна зона“, която позволява постигането на най-високи преходни температури.

Паладатите като оптимално решение

Тази златна зона на средно взаимодействие не може да бъде достигната нито с купрати, нито с никелати, но може да се удари в очите с нов тип материал: така наречените паладати.

Проф. Хелд обясни: „Паладият е точно един ред под никела в периодичната таблица. Свойствата са подобни, но електроните там са средно малко по-далеч от атомното ядро и един от друг, така че електронното взаимодействие е по-слабо.

Изчисленията на модела показват как да се постигнат оптимални температури на преход за данни за паладий. „Резултатите от изчисленията са много обещаващи“, коментира проф. Хелд. „Надяваме се, че сега можем да ги използваме, за да започнем експериментални изследвания. Ако разполагаме с изцяло нов, допълнителен клас материали, налични с паладати, за да разберем по-добре свръхпроводимостта и да създадем още по-добри свръхпроводници, това може да доведе цялото изследователско поле напред.

Това изглежда изключително добра новина. Той разкрива, че разбирането на това, което се случва, когато се появи свръхпроводимост, става много по-добро. Там се крие пътят към едно свръхпроводимо бъдеще.

Настъпващият проблем е, че паладият не е елемент с ниска цена. Не са известни и огромни резерви. Може да се има предвид, че търсенето му също не се измерва в милиони тонове. Така че как ще се развие този въпрос все още не е много предсказуемо и може да мине известно време, преди да станат лесно достъпни добри числа.

Справедливо е да се мисли, че свръхпроводимостта ще намери комерсиална употреба един ден. Въпросът изглежда вероятно ще бъде за икономическите приложения.

Това със сигурност ще увеличи интереса към металургията. Изследването на свръхпроводимостта е все още доста младо. Целите на дизайна се разбират по-добре. Със сигурност ще има повече напредък и по-чести пробиви. Тази технология тепърва започва.