Fisikawan maju dalam perlombaan superkonduktivitas suhu kamar

Kurang dari dua tahun yang lalu, dunia sains dikejutkan dengan penemuan bahan yang mampu melakukan superkonduktor pada suhu kamar. Sekarang, tim fisikawan di University of Nevada Las Vegas (UNLV) sekali lagi menaikkan taruhan dengan mereproduksi prestasi ini pada tekanan terendah yang pernah tercatat.

Untuk lebih jelasnya, ini berarti bahwa sains lebih dekat dari sebelumnya ke materi yang dapat digunakan dan dapat diulang yang suatu hari nanti dapat merevolusi cara energi diangkut.

Itu adalah berita utama internasional pada tahun 2020 dengan menemukan Superkonduktivitas suhu kamar untuk pertama kalinya Ditulis oleh fisikawan UNLV Ashkan Salamat dan rekannya Ranga Dias, seorang fisikawan di University of Rochester. Untuk mencapai prestasi ini, para ilmuwan membuat campuran kimia karbon, belerang dan hidrogen pertama menjadi keadaan logam, dan kemudian menjadi superkonduktor pada suhu kamar menggunakan tekanan yang sangat tinggi – 267 gigapascal – kondisi yang hanya Anda temukan di alam dekat pusat bumi.

Maju cepat dalam waktu kurang dari dua tahun, dan para peneliti sekarang dapat menyelesaikan prestasi hanya dengan 91 gigapascal — kira-kira sepertiga dari tekanan yang awalnya dilaporkan. Temuan baru diterbitkan sebagai artikel lanjutan di jurnal komunikasi kimia Bulan ini.

Penemuan super

Dengan penyetelan rinci komposisi karbon, belerang dan hidrogen yang digunakan dalam terobosan asli, para peneliti sekarang dapat menghasilkan bahan di bawah tekanan rendah yang mempertahankan keadaan superkonduktivitasnya.

“Ini adalah tekanan pada tingkat yang sulit untuk dipahami dan dinilai di luar laboratorium, tetapi kursus kami saat ini menunjukkan bahwa adalah mungkin untuk mencapai suhu konduksi yang relatif tinggi pada tekanan rendah yang konsisten – dan itulah tujuan akhir kami,” kata pemimpin studi tersebut. penulis Gregory Alexander Smith. Peneliti mahasiswa pascasarjana dengan UNLV Laboratorium Kondisi Ekstrim di Nevada (Nexel). “Pada akhirnya, jika kita ingin membuat perangkat berguna untuk kebutuhan masyarakat, kita harus mengurangi tekanan yang diperlukan untuk membuatnya.”

Meskipun tekanannya masih sangat tinggi – sekitar seribu kali lebih tinggi daripada yang mungkin Anda alami di dasar Palung Mariana di Samudra Pasifik – mereka terus berpacu menuju target yang mendekati nol. Ini adalah perlombaan beruap di UNLV karena para peneliti mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang hubungan kimia antara karbon, belerang dan hidrogen yang membentuk materi.

“Pengetahuan kami tentang hubungan antara karbon dan belerang berkembang pesat, dan kami menemukan rasio yang mengarah pada respons yang sangat berbeda dan lebih efisien daripada yang diamati sebelumnya,” kata Salamat, yang mengarahkan NEXCL di UNLV dan berkontribusi pada studi terbaru. “Mengamati fenomena yang berbeda seperti itu dalam sistem yang sama hanya menunjukkan kekayaan Alam Semesta. Ada begitu banyak yang harus dipahami, dan setiap kemajuan baru membawa kita lebih dekat ke ambang perangkat superkonduktor sehari-hari.”

Cawan Suci Efisiensi Energi

Superkonduktivitas adalah fenomena menarik yang pertama kali diamati lebih dari seabad yang lalu, tetapi hanya pada suhu yang jauh lebih rendah, gagasan aplikasi praktis telah dikesampingkan. Hanya pada 1960-an para ilmuwan berhipotesis bahwa prestasi ini mungkin terjadi pada suhu yang lebih tinggi. Penemuan tahun 2020 oleh Salamat dan rekan-rekan superkonduktor suhu kamar menggairahkan dunia sains sebagian karena teknologinya mendukung aliran listrik tanpa hambatan, yang berarti bahwa daya yang melewati rangkaian listrik dapat dikonduksi tanpa batas dan tanpa kehilangan energi. Ini dapat memiliki implikasi besar untuk penyimpanan dan transmisi energi, mendukung segalanya mulai dari baterai ponsel yang lebih baik hingga jaringan listrik yang lebih efisien.

“Krisis energi global tidak menunjukkan tanda-tanda melambat, dan biaya meningkat sebagian karena jaringan listrik AS kehilangan hampir $30 miliar per tahun karena inefisiensi teknologi saat ini,” kata Salamat. “Untuk perubahan masyarakat, kita perlu memimpin dengan teknologi, dan pekerjaan yang terjadi hari ini, saya yakin, adalah yang terdepan dalam solusi masa depan.”

Menurut Salamat, sifat superkonduktor dapat mendukung bahan generasi baru yang secara mendasar dapat mengubah infrastruktur energi di Amerika Serikat dan sekitarnya.

“Bayangkan memanfaatkan energi di Nevada dan mengirimkannya ke seluruh negeri tanpa kehilangan energi,” katanya. “Teknologi ini bisa memungkinkan suatu hari nanti.”

Referensi: “Kandungan karbon meningkatkan superkonduktivitas suhu tinggi dalam karbon-sulfur hidrida di bawah 100 GPa” oleh J. Alexander Smith, Innes E. Collings, Elliot Snyder, Dean Smith, Sylvain Pettigerard dan Jesse S. Ellison, Keith F. Lawler, Ranja B. Dias dan Ashkan Salamat, 7 Juli 2022, Tersedia di sini. komunikasi kimia.
DOI: 10.1039 / D2CC03170A

Smith, penulis utama, adalah mantan peneliti UNLV di laboratorium Salamat dan mahasiswa PhD saat ini dalam bidang kimia dan penelitian dengan NEXCL. Penulis studi tambahan termasuk Salamat, Dean Smith, Paul Ellison, Melanie White dan Keith Lawler dari UNLV; Ranga Dias, Elliot Snyder dan Elise Jones dari Universitas Rochester; Ines E. Collings dengan Laboratorium Federal Swiss untuk Ilmu dan Teknologi Material, Sylvain Pettigerard dengan ETH Zurich; dan Jesse S. Smith dari Laboratorium Nasional Argonne.