ABD, dünya rekoru kıran en yüksek performanslı süper iletken teli üretti.

ABD'deki Buffalo Üniversitesi Kimya ve Biyoloji Mühendisliği Bölümü'nde seçkin bir profesör olan Amit Goyal liderliğindeki araştırma ekibi, dünyanın en yüksek performanslı yüksek sıcaklık süper iletken (HTS) telini geliştirdi.

Tel, -451 ila -321 Fahrenheit (-268 ila -196 Santigrat derece) sıcaklıklarda çalışmaktadır; bu hala son derece soğuktur ancak diğer süper iletken malzemelerin çalıştığı mutlak sıfır sıcaklıklardan daha yüksektir.

HTS telleri enerji geleceğimizin kritik bir bileşeni olabilir çünkü bu teknoloji sıfır dirençle elektrik iletimini kolaylaştırabilir. Bununla birlikte, uygulamaları kayıpsız güç iletiminin ötesinde, açık deniz rüzgar çiftliklerinden güç çıkışını iki katına çıkarmaya, süper iletken manyetik enerji depolama sistemleri ve diğer enerji altyapısı oluşturmaya kadar uzanmaktadır.

Son zamanlarda, HTS telleri nükleer füzyon reaktörlerinde ve yeni nesil görüntüleme ve spektroskopi tekniklerinde de uygulama alanı bulmuştur. HTS telleri nispeten daha sıcak çalışma sıcaklıkları avantajı sunarken, üretilmeleri hala pahalıdır.

Buffalo Üniversitesi'ndeki (UB) araştırmacılar işte bu noktada büyük bir ilerleme kaydetti.

Dünya çapında HTS tel üretimi yapan şirketler ya çift eksenli dokulu alt katmanlar (RABiTS) teknolojisini, LMOe destekli iyon ışını destekli biriktirme (IBAD) MgO teknolojisini ya da nano ölçekli aralıklarda nanokolumnar kusurlar teknolojisini kullanmaktadır. İlginçtir ki, tüm bu teknolojiler Goyal'ın liderliğinde UB araştırmacıları tarafından geliştirilmiştir.

Araştırmacılar son yaklaşımlarında IBAD teknolojisini nanokolumnar kusur teknolojisiyle birleştirdiler. İkinci yöntem, yalıtkan veya süper iletken malzemelerin süper iletkene dahil edilmesini sağlayan eşzamanlı faz ayrımı ve gerinim güdümlü kendi kendine montajı kullanır. Bu şekilde eklenen nano ölçekli kusurlar, daha yüksek süper akımların akmasına izin veren süper iletken girdaplar yaratır.

Araştırmacılar, nadir toprak baryum bakır oksit (REBCO) tel üzerinde bir HTS filmi yapmak için gelişmiş bir darbeli lazer biriktirme sistemi kullandılar.

Goyal bir basın açıklamasında, "Ayrıca nano-sütunlu ve atomik ölçekli kusurların karakterizasyonu için McMaster Üniversitesi'ndeki Kanada Elektron Mikroskopi Merkezi'ndeki en gelişmiş mikroskopları kullanarak atomik çözünürlüklü mikroskopi gerçekleştirdik ve İtalya'daki Università di Salerno'da bazı süper iletken özellik ölçümleri yaptık" dedi.

Araştırmacılar son yenilikleriyle, 5 kelvin ila 77 kelvin (-451 ila -321 Fahrenheit derece) arasındaki tüm manyetik alanlar ve sıcaklıklar için en yüksek kritik akım yoğunluğuna ve sabitleme kuvvetine ulaştı.

Tel, 4,2 kelvinde, öz alan olarak da bilinen herhangi bir harici manyetik alan olmadan santimetrekare başına 190 milyon amperlik bir taşıma gösterdi. Manyetik alan 7 tesla olduğunda ise akım santimetrekare başına 90 milyon amper olarak gerçekleşmiştir.

Sıcaklık, ticari füzyon reaksiyonlarındaki sıcaklık olan 20 kelvin'e yükseltildiğinde, teller öz alanda santimetrekare başına 150 milyon amper ve 7 tesla'da santimetrekare başına 60 milyon amperin üzerinde akım taşıdı.

Bu başarının dikkat çekici özelliği, sadece 0,2 mikron kalınlığında olan ancak tipik olarak on kat daha kalın bir HTS teliyle elde edilen akımları taşıyan HTS filminin kalınlığıdır.

Sabitleme kuvveti ile ilgili olarak tel, 4,2 kelvinde metreküp başına 6,4 teranewton ve harici manyetik alan 7 tesla olduğunda 20 kelvinde metreküp başına yaklaşık 4,2 teranewton kadar yüksek kuvvetleri tutabilir.

Goyal basın açıklamasında, "Bu sonuçlar, ticari kaplamalı iletkenlerde fiyat-performans ölçütünü önemli ölçüde iyileştirmek için endüstriyi biriktirme ve üretim koşullarını daha da optimize etmeye yönlendirmeye yardımcı olacaktır" dedi. "Süper iletkenlerin öngörülen çok sayıda büyük ölçekli uygulamasını tam olarak gerçekleştirmek için fiyat-performans metriğini daha uygun hale getirmek gerekiyor."