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Die Hydridforschung der University of Houston verschiebt die Grenzen praktischer, zugänglicher Supraleitung

Synthese von Y0,5Das0,5 Hydride unter extremen Bedingungen (hoher Druck und hohe Temperatur). A Schematische Darstellung des Versuchsaufbaus für die Messungen. Pfeile stellen die Laserstrahlrichtungen für Raman-Streuungs- und Erwärmungsmessungen dar. B Lichtmikroskopische Aufnahmen von Probenkammern mit NH3B.H.3 (AB) und Pt-Elektroden in repräsentativen Zellen (Zelle-6 und Zelle-7) vor und nach der Lasererwärmung. Die Kanten des Y-Ce-Films sind mit roten Linien markiert und die blauen Pfeile in den Fotos rechts zeigen die Teile an, die nach dem Erhitzen offensichtliche Veränderungen aufweisen. vs Raman-Spektren für synthetisiertes Y0,5Das0,5 Hydride sammelten sich an den sich scheinbar verändernden Teilen (blaue Pfeile rechts, Abbildung 1b) in der Probenkammer. Die Raman-Bänder von Diamant und H2 nach der Lasererwärmung werden vorgestellt. Niederfrequente Raman-Spektren sind aus Gründen der Übersichtlichkeit skaliert. Kredit: Natürliche Kommunikation (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-46133-x

Dank der multinationalen Forschung unter der Leitung von Xiaojia Chen von der University of Houston macht die Wissenschaft einen Schritt vorwärts bei der Suche nach Supraleitern, für deren Betrieb kein Ultrahochdruck erforderlich ist.

„Das Ziel der Supraleitungsforscher besteht seit langem darin, die derzeit erforderlichen kritischen Kontrollen von Temperatur und Druck zu erleichtern oder sogar zu eliminieren“, sagte Chen, MD Anderson, Professor für Physik am College of Natural Sciences and Mathematics und Senior Fellow am College of Natural Sciences and Mathematics Texas Center. für Supraleitung an der UH.

Der Schritt hin zur Eliminierung der derzeit für supraleitende Materialien (definiert als Materialien, die gegenüber elektrischem Widerstand oder magnetischen Feldern keine oder nur geringe Impedanz bieten) erforderlichen besonderen Handhabungsanforderungen deutet darauf hin, dass das Potenzial für eine radikale Steigerung der Effizienz bestimmter Prozesse in Forschung, Gesundheitswesen, Industrie usw. besteht Andere Wirtschaftsunternehmen könnten bald Wirklichkeit werden.

Doch derzeit übersteigen die Voraussetzungen für den Erfolg der Supraleitung die Ressourcen vieler potenzieller Nutzer und sogar vieler Forschungslabore.

Chen erklärt, dass die Senkung des für die Supraleitung zugänglichen Drucks eines der wichtigen Ziele aktueller Hydridstudien ist. „Aber Experimente haben immer noch Schwierigkeiten, überzeugende Beweise zu liefern“, sagte er.

„Zum Beispiel wurde berichtet, dass Hydride seltener Erden nahe Raumtemperatur Supraleitung zeigen. Dies basiert auf Beobachtungen von zwei Schlüsselmerkmalen: dem Nullwiderstandszustand und dem Meissner-Effekt“, sagte Chen.

(Der 1933 entdeckte Meissner-Effekt erkennt eine Abnahme oder Umkehr des Magnetismus, wenn ein Material Supraleitung erreicht, und bietet Physikern eine Methode zur Messung der Änderung.)

„Allerdings haben diese supraleitenden Seltenerdmaterialien ihr Ziel erst bei extrem hohen Drücken erreicht. Um Fortschritte zu erzielen, müssen wir den Synthesedruck so niedrig wie möglich reduzieren, idealerweise auf atmosphärische Bedingungen“, erklärte Chen.

Chens Team gelang der Durchbruch durch die Wahl leitfähiger Medien: Hydridlegierungen, bei denen es sich um im Labor hergestellte metallische Substanzen handelt, die Zwei-Elektronen-Wasserstoffmoleküle enthalten. Konkret arbeiteten sie mit Yttrium-Cer-Hydriden (Y0,5Das0,5H9) und Lanthan-Cer-Hydride (La0,5Das0,5Hzehn).

Es wurde festgestellt, dass der Einschluss von Cer (Ce) einen entscheidenden Unterschied macht.

„Diese Beobachtungen wurden aufgrund des verstärkten chemischen Vorkompressionseffekts durch die Einführung des Elements Ce in diese Superhydride nahegelegt“, erklärte Chen.

Zwei Zeitschriftenartikel erläutern die Ergebnisse des Teams. Das Neueste, in Natürliche Kommunikation, konzentriert sich auf Yttrium-Cer-Hydride; der andere, in Journal of Physics: Kondensierte MaterieDer Schwerpunkt liegt auf Lanthan-Cer-Hydriden.

Das Team entdeckte, dass diese Supraleiter relativ hohe Übergangstemperaturen aufrechterhalten können. Mit anderen Worten: Lanthan-Cer- und Yttrium-Cer-Hydride sind in der Lage, unter weniger extremen Bedingungen (bei niedrigerem Druck, aber einer relativ höheren Übergangstemperatur) supraleitend zu sein, als dies zuvor erreicht wurde.

„Dies bringt uns in unserer Entwicklung hin zu einem funktionierenden und relativ verfügbaren supraleitenden Medium voran“, sagte Chen. „Wir haben unsere Ergebnisse mehreren Messungen des elektrischen Transports, der Synchrotron-Röntgenbeugung, der Raman-Streuung und theoretischen Berechnungen unterzogen. Die Tests bestätigten, dass unsere Ergebnisse konsistent bleiben.“

„Diese Entdeckung ebnet den Weg für Hochtemperatur-Supraleitung, die in vielen aktuellen Labors zugänglich sein könnte“, erklärte Chen. Die Hydridforschung geht weit über den anerkannten Standard von Kupferoxiden (auch Cuprate genannt) hinaus.

„Wir haben noch einen weiten Weg vor uns, um echte Umgebungsbedingungen zu erreichen. Das Ziel bleibt, Supraleitung bei Raumtemperatur und einem Druck zu erreichen, der unserer vertrauten bodennahen Atmosphäre entspricht. Die Forschung geht also weiter“, sagte Chen.

Mehr Informationen:
Liu-Cheng Chen et al, Synthese und Supraleitung in Yttrium-Cer-Hydriden bei hohen Drücken, Natürliche Kommunikation (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-46133-x

Ge Huang et al., Synthese der supraleitenden Phase von La0,5Ce0,5H10 bei hohen Drücken, Journal of Physics: Kondensierte Materie (2023). DOI: 10.1088/1361-648X/ad0915

Zur Verfügung gestellt von der University of Houston

Zitat: Hydridforschung verschiebt die Grenzen der praktischen, zugänglichen Supraleitung (29. April 2024), abgerufen am 29. April 2024 von https://phys.org/news/2024-04-hydride-frontiers-accessible-superconductivity.html

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By rb8jg

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