–23°: een wereldrecord in supergeleiding

28 mei 2019, 22:17
Bombardement met röntgenstralen voor analyse van de kristalstructuur. Afbeelding: Drozdov et al. / uchicago.edu.
Bombardement met röntgenstralen voor analyse van de kristalstructuur. Afbeelding: Drozdov et al. / uchicago.edu.
Onderzoekers van de University of Chicago hebben het wereldrecord in supergeleiding bij hoge temperaturen (HTSL) verbeterd met 50 K. Het nieuw materiaal bereikt al supergeleiding bij –23°C (onder hoge druk).
Hoewel de supergeleiding bij deze temperatuur pas bij extreem hoge druk optreedt, zien Vitali Prakapenka en Eran Greenberg van het ANL (Argonne National Laboratory) dit als een belangrijke stap naar supergeleiding bij kamertemperatuur.

Supergeleiding en energiebesparing

Met supergeleiding zouden duidelijk krachtiger windenergiesystemen mogelijk zijn. Ook bij magneetzweefbanen zoals de Transrapid of de Shinkansen zouden verbeteringen van de efficiëntie mogelijk zijn. Zelfs bij MRI-scanners zou met supergeleiding stroom bespaard kunnen worden. Het probleem is dat de tot nu toe bekende materialen pas bij zeer lage temperaturen supergeleidend worden. Het kost zoveel energie om deze supergeleiders voldoende af te koelen, dat praktische toepassingen bijna nooit economisch haalbaar zijn.

Het wereldrecord was tot nu toe –73°C. Maar het daarbij gebruikte materieel is helaas niet in de praktijk toepasbaar, omdat er geen flexibele draden voor de wikkelingen in elektromotoren of elektromagneten van te maken zijn. Dat geldt ook voor het nieuw ontwikkelde materiaal, maar de onderzoekers denken toch, dat praktisch gebruik in de toekomst misschien mogelijk is. Op dit moment wordt supergeleiding in de praktijk alleen toegepast bij –240°C.

Structure of the crytal
Kristalstructuur van de supergeleider uit lanthaan-hydride. Afbeelding: Drozdov et al. / uchicago.edu.

Lanthaan-superhydride

De onderzoekers werken met hydriden (waterstofverbindingen). Samen met collega’s van het Max-Planck-Instituut voor Chemie ontdekten ze, dat lanthaan-superhydride een geschikte kandidaat is. Lanthaan hoort tot de zogenaamde zeldzame aarden.

Bij een druk van 1,5 Mbar en een temperatuur van –23°C vertoont lanthaan-superhydride supergeleidende eigenschappen. Het onderzochte monster is trouwens maar enkele micrometers groot. De structuur van het materiaal is bij ANL onderzocht met een extreem intensieve en doordringende gebundelde röntgenbron. Het monster werd daarbij tussen twee diamanten uiterst sterk samenperst. Op basis van de verzamelde gegevens konden de onderzoekers een model van de kristalstructuur bepalen. Op basis van de tot nu toe verzamelde kennis probeert het onderzoeksteam nu ook bij lagere druk HTSL te bereiken.
 
Reacties worden ingeladen...
gerelateerde items