I superconduttori ad alta temperatura stanno facendo progressi?

Quando i materiali conducono elettricità, parte dell'energia viene sprecata sotto forma di calore. Questa perdita è nota come resistenza. In determinate condizioni, tuttavia, alcuni materiali non hanno alcuna resistenza. Questi materiali sono chiamati superconduttori e la loro efficienza nel trasportare elettricità e generare campi magnetici li rende cruciali in applicazioni come le macchine per la risonanza magnetica (MRI) e il sistema di treni maglev superveloci del Giappone.

Gli scienziati hanno visto un materiale perdere brevemente la sua resistenza elettrica a temperatura ambiente quando pulsato con un laser. La sua struttura è illustrata qui.

Ma questi superconduttori convenzionali devono essere raffreddati con elio liquido a circa -270 °C, il che è costoso e limita dove possono essere utilizzati. I superconduttori ad alta temperatura, realizzati per la prima volta negli anni '80, diventano superconduttori a circa -135 ° C, il che consente processi di raffreddamento più pratici che utilizzano azoto liquido. Questi materiali potrebbero avere vantaggi più ampi, come fornire più energia alle città e fornire accumulo di energia per le loro reti (vedi Magneti superconduttori per lo stoccaggio su scala di rete). Potrebbero anche ridurre notevolmente le dimensioni dei generatori di energia eolica e potrebbero essere utilizzati nei supercomputer.

I superconduttori ad alta temperatura sono stati dimostrati in alcune applicazioni di nicchia, tra cui un cavo di alimentazione per Long Island (vedi A More Robust Grid for Manhattan ) e su una nave della Marina degli Stati Uniti. Un'azienda di Chicago sta valutando la possibilità di utilizzare cavi superconduttori 10 volte tanta potenza quanto i fili di rame della stessa dimensione. Potrebbero aiutare a ridurre le interruzioni di corrente, perché possono spostare rapidamente l'energia tra le sottostazioni in quantità tali da friggere le apparecchiature tradizionali.

Ma i materiali più recenti sono limitati perché difficili da realizzare. Gli scienziati stanno ancora cercando di saperne di più su come funzionano questi superconduttori ad alta temperatura, con l'obiettivo di creare un giorno materiali che abbiano queste proprietà a temperatura ambiente. Ci sono stati alcuni progressi recenti nel campo.

Riscaldamento

I fisici ad Amburgo Istituto Max Planck per la struttura e la dinamica della materia ha mostrato che un superconduttore ad alta temperatura sottoposto agli impulsi di un laser a infrarossi ha perso la sua resistenza elettrica a temperatura ambiente. Gli impulsi laser sembravano spostare gli atomi nel reticolo cristallino del materiale a base di ceramica, affermano gli scienziati in a Natura lettera. Questo cambiamento è stato osservato solo per un trilionesimo di secondo, ma potrebbe fornire agli scienziati più indizi su come realizzare superconduttori che funzionino a temperature più elevate.

Al Università della California del Sud , gli scienziati hanno assemblato un ammasso di atomi di alluminio che ha mostrato superconduttività a -173 °C anziché a -272 °, necessaria per trasformare il tipico alluminio in un superconduttore. La ricerca è stata pubblicata in Nano lettere il 28 gennaio.

Altri esperimenti

Poiché gli scienziati non sapevano esattamente cosa rende i materiali superconduttori ad alta temperatura, il processo per trovarne di nuovi è stato difficile. Lo scorso giugno, gli scienziati dell'Università di Cambridge hanno scoperto che la superconduttività in questi materiali deriva da sacche di elettroni contorti. I dettagli sono descritti in una lettera di luglio in Natura . L'università fornisce una foto di queste tasche e maggiori informazioni sullo studio qui.

Lavorando con scienziati in Giappone, Taiwan e Scozia, i ricercatori della Cornell University descrivono come potrebbero aver trovato il impronta digitale di attività caratteristica negli elettroni nei superconduttori di ferro ad alta temperatura. Gli scienziati descrivono questo approccio teorico in a Fisica della natura lettera.

Allo stesso tempo, alcune scoperte rappresentano battute d'arresto per gli scienziati. In un Fisica della natura articolo, ad esempio, i ricercatori di Stanford spiegano come hanno scoperto un comportamento inaspettato in un materiale di ossido di rame. Un video animato Spettacoli cosa hanno trovato.

Materiali più resistenti

Alcuni degli odierni superconduttori ad alta temperatura possono trasportare così tanta corrente da generare campi magnetici 100 volte più potenti di un magnete da frigorifero. Il materiale deve essere in grado di contenere la forza di quel campo magnetico, altrimenti esploderà. Lo scorso giugno, ingegneri dell'Università di Cambridge, Florida State University e Boeing ha battuto un record del 2003 per la forza di una forza magnetica che potrebbe essere intrappolata all'interno di un superconduttore. I risultati sono stati dettagliati in Scienza e tecnologia dei superconduttori .

L'asporto:

Le continue domande sul motivo per cui i materiali diventano superconduttori ad alta temperatura hanno reso difficile la progettazione di nuovi che siano più pratici da realizzare e utilizzare. Michael Norman, un illustre ricercatore dell'Argonne National Laboratory, ha recentemente delineato la ricerca sui superconduttori ad alta temperatura nel corso degli anni in un Natura revisione. Aiuta a mostrare perché l'obiettivo finale dello sviluppo di un superconduttore a temperatura ambiente è lontano.

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