Tým fyziků z laboratoře UNLV v Nevada Extreme Conditions Lab (NEXCL) použil ve svém výzkumu diamantovou kovadlinu, výzkumné zařízení podobné tomu na obrázku, ke snížení tlaku potřebného k pozorování materiálu schopného supravodivosti při pokojové teplotě. Kredit: Obrázek se svolením NEXCL
Před necelými dvěma lety byl vědecký svět šokován objevem materiálu schopného supravodivosti při pokojové teplotě. Nyní tým fyziků University of Nevada Las Vegas (UNLV) znovu zvýšil ante tím, že reprodukoval výkon při nejnižším tlaku, jaký byl kdy zaznamenán.
Aby bylo jasno, znamená to, že věda je blíže, než kdy byla, k použitelnému, replikovatelnému materiálu, který by jednoho dne mohl způsobit revoluci ve způsobu přepravy energie.
Mezinárodní titulky byly v roce 2020 poprvé objeveny fyzikem UNLV Ashkanem Salamatem a kolegou Ranga Diasem, fyzikem z University of Rochester, supravodivostí při pokojové teplotě. Aby toho dosáhli, vědci chemicky syntetizovali směs uhlíku, síry a vodíku nejprve do kovového stavu a poté ještě dále do supravodivého stavu při pokojové teplotě za použití extrémně vysokého tlaku – 267 gigapascalů – podmínek, které byste našli jen v příroda v blízkosti středu Země.
Rychle vpřed za méně než dva roky a vědci jsou nyní schopni dokončit výkon při pouhých 91 GPa – zhruba třetinovém tlaku, který byl původně hlášen. Nové poznatky byly publikovány jako předběžný článek v časopise Chemické komunikace tento měsíc.
Super objev
Díky podrobnému vyladění složení uhlíku, síry a vodíku použitého v původním průlomu jsou nyní výzkumníci schopni vyrobit materiál při nižším tlaku, který si zachovává svůj stav supravodivosti.
„Jsou to tlaky na úrovni, která je těžko pochopitelná a vyhodnotitelná mimo laboratoř, ale naše současná trajektorie ukazuje, že je možné dosáhnout relativně vysokých supravodivých teplot při trvale nižších tlacích – což je náš konečný cíl,“ řekl hlavní autor studie Gregory Alexander Smith. postgraduální studentský výzkumník v laboratoři UNLV v Nevada Extreme Conditions Laboratory (NEXCL). „Na konci dne, pokud chceme vyrábět zařízení prospěšná společenským potřebám, pak musíme snížit tlak potřebný k jejich vytvoření.“
Přestože jsou tlaky stále velmi vysoké – asi tisíckrát vyšší, než jaké byste zažili na dně příkopu Mariana v Tichém oceánu – stále se řítí k cíli blízké nule. Je to závod, který na UNLV exponenciálně nabírá páru, protože výzkumníci lépe porozuměli chemickému vztahu mezi uhlíkem, sírou a vodíkem, které tvoří materiál.
„Naše znalosti o vztahu mezi uhlíkem a sírou se rychle rozvíjejí a nacházíme poměry, které vedou k pozoruhodně odlišným a účinnějším reakcím, než jaké byly původně pozorovány,“ řekl Salamat, který řídí NEXCL UNLV a přispěl k nejnovějšímu studie. „Pozorování tak odlišných jevů v podobném systému jen ukazuje bohatství matky přírody. Je toho mnohem víc k pochopení a každý nový pokrok nás přibližuje k propasti každodenních supravodivých zařízení.“
Svatý grál energetické účinnosti
Supravodivost je pozoruhodný jev poprvé pozorovaný před více než stoletím, ale pouze při pozoruhodně nízkých teplotách, které předcházely jakékoli myšlence na praktické využití. Teprve v 60. letech 20. století vědci teoretizovali, že by tento výkon mohl být možný při vyšších teplotách. Objev supravodiče při pokojové teplotě v roce 2020, který provedli Salamat a kolegové, vzrušil vědecký svět částečně proto, že technologie podporuje elektrický tok s nulovým odporem, což znamená, že energie procházející obvodem by mohla být vedena nekonečně a bez ztráty energie. To by mohlo mít zásadní důsledky pro skladování a přenos energie, což by podporovalo vše od lepších baterií mobilních telefonů po efektivnější energetickou síť.
„Globální energetická krize nevykazuje žádné známky zpomalení a náklady částečně rostou kvůli americké energetické síti, která ročně ztrácí zhruba 30 miliard dolarů kvůli neefektivitě současné technologie,“ řekl Salamat. „Pro společenskou změnu musíme být v čele s technologií a práce, která se odehrává dnes, je, jak věřím, v popředí řešení zítřka.“
Podle Salamata mohou vlastnosti supravodičů podporovat novou generaci materiálů, které by mohly zásadně změnit energetickou infrastrukturu USA i mimo ni.
„Představte si, že využijete energii v Nevadě a pošlete ji po celé zemi bez jakékoli ztráty energie,“ řekl. „Tato technologie by to jednoho dne mohla umožnit.“
Reference: „Obsah uhlíku řídí vysokoteplotní supravodivost v uhlíkatém hydridu síry pod 100 GPa“ od G. Alexander Smith, Ines E. Collings, Elliot Snider, Dean Smith, Sylvain Petitgirard, Jesse S. Smith, Melanie White, Elyse Jones, Paul Ellison, Keith V. Lawler, Ranga P. Dias a Ashkan Salamat, 7. července 2022, Chemické komunikace.
DOI: 10.1039/D2CC03170A
Smith, hlavní autor, je bývalý vysokoškolský výzkumník UNLV v Salamatově laboratoři a současný doktorand v oboru chemie a výzkumu s NEXCL. Mezi další autory studie patří Salamat, Dean Smith, Paul Ellison, Melanie White a Keith Lawler s UNLV; Ranga Dias, Elliot Snider a Elyse Jones z University of Rochester; Ines E. Collings se Švýcarskými federálními laboratořemi pro materiálovou vědu a technologii, Sylvain Petitgirard s ETH Zurich; a Jesse S. Smith z Argonne National Laboratory.