물리학자들은 상온 초전도 경쟁에서 앞서고 있다

불과 2년 전, 과학계는 상온에서 초전도할 수 있는 물질의 발견으로 충격을 받았습니다. 이제 네바다 대학교 라스베이거스(UNLV) 물리학자 팀이 기록된 가장 낮은 압력에서 이 위업을 재현함으로써 다시 한 번 기대치를 높였습니다.

분명히 말하자면, 이것은 과학이 언젠가는 에너지 전달 방식을 혁신할 수 있는 사용 가능하고 반복 가능한 재료에 그 어느 때보다 가깝다는 것을 의미합니다.

발견하여 2020년 국제 헤드라인을 장식했습니다. 최초의 상온 초전도 UNLV 물리학자 Ashkan Salamat와 동료 로체스터 대학의 물리학자인 Ranga Dias가 작성했습니다. 이 위업을 달성하기 위해 과학자들은 탄소, 황 및 수소의 화학 혼합물을 먼저 금속 상태로 만든 다음 실온에서 초전도 상태로 만들었습니다. 극도로 높은 압력(267 기가파스칼)을 사용하여 지구.

2년 미만의 속도로 발전하여 연구원들은 이제 처음 보고된 압력의 약 3분의 1인 91기가파스칼로 위업을 완료할 수 있습니다. 새로운 연구 결과는 저널에 사전 기사로 게재되었습니다. 화학 커뮤니케이션 이번 달.

슈퍼 디스커버리

최초의 돌파구에 사용된 탄소, 황 및 수소 조성을 세부적으로 조정함으로써 연구자들은 이제 초전도 상태를 유지하는 저압 물질을 생산할 수 있게 되었습니다.

“이것은 실험실 외부에서 이해하고 평가하기 어려운 수준의 압력이지만 현재 우리의 과정은 지속적으로 낮은 압력에서 비교적 높은 전도 온도를 달성하는 것이 가능하다는 것을 보여줍니다. 이것이 우리의 궁극적인 목표입니다.” 저자 그레고리 알렉산더 스미스 UNLV 대학원생 연구원 네바다의 극한 조건 연구소 (넥셀). “결국 우리가 사회의 요구에 유용한 장치를 만들려면 장치를 만드는 데 필요한 압력을 줄여야 합니다.”

압력은 여전히 ​​매우 높지만(태평양의 마리아나 해구 바닥에서 경험할 수 있는 것보다 약 1000배 높지만) 계속해서 0에 가까워지는 목표를 향해 질주하고 있습니다. 연구원들이 재료를 구성하는 탄소, 황 및 수소 사이의 화학적 관계에 대한 더 나은 이해를 얻으면서 UNLV에서 치열한 경쟁이 펼쳐집니다.

UNLV에서 NEXCL을 이끌고 최신 연구에 기여한 Salamat는 “탄소와 황 사이의 관계에 대한 우리의 지식은 빠르게 발전하고 있으며 초기에 관찰된 것보다 훨씬 다르고 더 효율적인 반응으로 이어지는 비율을 찾고 있습니다.”라고 말했습니다. “유사한 시스템에서 이러한 서로 다른 현상을 관찰하는 것은 대자연의 풍요로움을 보여줄 뿐입니다. 이해할 수 있는 것이 너무 많고, 각각의 새로운 발전은 우리를 일상적인 초전도 장치의 문턱에 더 가깝게 만듭니다.”

에너지 효율의 성배

초전도 현상은 한 세기 전에 처음 관찰된 매혹적인 현상이지만 상당히 낮은 온도에서만 실제 적용에 대한 아이디어가 배제되었습니다. 1960년대에 와서야 과학자들은 이 위업이 더 높은 온도에서도 가능할 수 있다는 가설을 세웠습니다. 2020년 Salamat과 동료들의 실온 초전도체 발견은 부분적으로 이 기술이 저항 없이 전기 흐름을 지원하기 때문에 과학 세계를 흥분시켰습니다. 이는 전기 회로를 통과하는 전력이 에너지 손실 없이 무한히 전도될 수 있음을 의미하기 때문입니다. 이것은 더 나은 휴대폰 배터리에서 더 효율적인 전력망에 이르기까지 모든 것을 지원하는 에너지 저장 및 전송에 중요한 영향을 미칠 수 있습니다.

Salamat은 “글로벌 에너지 위기가 진정될 기미를 보이지 않고 있으며, 현재 기술의 비효율로 인해 미국 전력망이 매년 거의 300억 달러 손실을 보고 있기 때문에 비용이 부분적으로 증가하고 있습니다.”라고 말했습니다. “사회적 변화를 위해 우리는 기술로 앞장서야 하며, 오늘 일어나고 있는 일은 내일의 솔루션의 최전선에 있다고 믿습니다.”

Salamat에 따르면 초전도체의 특성은 미국과 그 밖의 지역의 에너지 기반 시설을 근본적으로 바꿀 수 있는 차세대 재료를 뒷받침할 수 있습니다.

“네바다에서 에너지를 활용하고 에너지 손실 없이 전국으로 보내는 것을 상상해 보십시오.”라고 그는 말했습니다. “이 기술은 언젠가 그것을 가능하게 할 수 있습니다.”

참조: J. Alexander Smith, Innes E. Collings, Elliot Snyder, Dean Smith, Sylvain Pettigerard 및 Jesse S. “탄소 함량은 100GPa 미만의 수소화탄소에서 고온 초전도성을 증가시킵니다.” Ellison, Keith F. Lawler, Ranja B. Dias 및 Ashkan Salamat, 2022년 7월 7일, 여기에서 사용 가능. 화학 커뮤니케이션.
DOI: 10.1039 / D2CC03170A

수석 저자인 Smith는 Salamat 연구소의 전 UNLV 연구원이자 현재 NEXCL의 화학 및 연구 박사 과정 학생입니다. 추가 연구 저자로는 UNLV의 Salamat, Dean Smith, Paul Ellison, Melanie White 및 Keith Lawler가 있습니다. 로체스터 대학의 Ranga Dias, Elliot Snyder 및 Elise Jones; Ines E. Collings with the Switzerland Federal Laboratories for Materials Science and Technology, Sylvain Pettigerard with ETH Zurich; 그리고 제시 S. 아르곤 국립 연구소의 스미스.