Los superconductores a base de hierro pueden conducir electricidad sin resistencia a temperaturas inusualmente altas en relación con las de los superconductores convencionales, que deben enfriarse a casi cero absoluto menos 459 grados Fahrenheit para liberar sus poderes superconductores. Además, son relativamente fácilesdoblarse y puede transportar corriente eléctrica fácilmente en diferentes direcciones bajo campos magnéticos altos antes de que se suprima la superconductividad. Estas características hacen que los superconductores basados en hierro sean prometedores para aplicaciones de energía avanzadas, desde vehículos eléctricos hasta turbinas eólicas y dispositivos de imágenes médicas. Sin embargo, la cantidad de corrienteSu capacidad de transporte ha sido baja en comparación con otros superconductores. Los científicos han estado tratando de aumentar esta cantidad, pero hacerlo a menudo tiene el costo de degradar otra propiedad superconductora clave: la temperatura crítica a la que emerge la superconductividad.
Ahora, un equipo de científicos ha ideado una forma de duplicar la cantidad de corriente eléctrica que un material a base de hierro puede transportar sin perder sus propiedades superconductoras, al tiempo que aumenta la temperatura crítica del material. Su método, publicado en un artículo publicado en Comunicaciones de la naturaleza , utiliza una tecnología fácilmente disponible que podría utilizarse para mejorar el rendimiento de los cables y cintas superconductores.
"Al bombardear el material con protones a baja energía, aumentamos simultáneamente la capacidad de carga de corriente del material y la temperatura crítica, la primera vez que esto fue posible en un superconductor a base de hierro", dijo el físico Qiang Li, jefe deel Grupo de Materiales Avanzados de Energía del Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de los Estados Unidos DOE, quien dirigió la investigación: "Hay instalaciones de iones de baja energía en todo el mundo que pueden hacer esto de manera económica".
Disparar iones en materiales superconductores es un método bien establecido para introducir artificialmente defectos en la estructura cristalina o química de los materiales para aumentar la cantidad de corriente que pueden transportar. Estos defectos se "fijan" en su lugar o atrapan el microscopio magnéticovórtices que se forman cuando el superconductor se coloca en un campo magnético fuerte, como los generados por imanes en máquinas de resonancia magnética MRI. Si se puede mover libremente, los vórtices disipan energía, destruyendo así la capacidad del superconductor para transportar corriente eléctrica sinpérdida de energía.
Desafortunadamente, si los defectos producidos por la irradiación iónica crean demasiado desorden en el superconductor, disminuyen su temperatura crítica. Debido a que los superconductores actualmente requieren un enfriamiento extremo para conducir la electricidad sin resistencia, cualquier disminución en la temperatura crítica es indeseable.
En un sentido de Ricitos de Oro, los defectos deben ser "correctos", no demasiado grandes ni demasiado pequeños. Los científicos pueden diseñar tales defectos seleccionando las especies iónicas apropiadas p. Ej., Protones, iones de oro, iones de argón y energía iónica.
"Algunos iones o energías pueden causar un daño lo suficientemente grande como para interferir con la superconductividad, mientras que otros pueden no producir ningún efecto en absoluto", explicó el coautor Toshinori Ozaki, ex científico del Grupo de Materiales de Energía Avanzada de Brookhaven Lab que ahora es miembro de la facultad enLa Universidad Kwansei Gakuin de Japón. "Por lo tanto, realizamos simulaciones para determinar qué combinación debería producir el defecto óptimo, uno que pueda retener los vórtices magnéticos sin afectar negativamente las propiedades superconductoras del material".
En el caso del material a base de hierro que estudió el equipo, los protones de baja energía hicieron el truco. Usando microscopios electrónicos, los científicos tomaron imágenes de las películas delgadas aproximadamente 100 nanómetros de espesor del material que prepararon, antes y despuésgolpean las películas con protones de baja energía.
"A lo largo de las películas irradiadas, vimos cadenas individuales de defectos creados por las colisiones entre los iones incidentes y el núcleo que rompieron el orden atómico perfecto, haciendo que la red se comprima o estire localmente", dijo el coautor Lijun Wu, científico de materialesen Brookhaven, quien dirigió el trabajo de microscopía.
En una verificación de rendimiento, los científicos midieron la cantidad de corriente eléctrica que atraviesa las películas en campos magnéticos bajos y altos. En campos altos, las películas irradiadas transportaban más corriente que cualquier superconductor de baja temperatura. Este resultado sugiere que los defectos yLa tensión de la red local debe estar fijando fuertemente los vórtices magnéticos que de otro modo impedirían el flujo de corriente.
Para determinar qué causó el sorprendente aumento de la temperatura crítica, el equipo creó un "mapa" de deformación que establecía dónde se ubicaban las regiones localmente comprimidas y extensibles. Los estudios anteriores ya habían demostrado que el tipo de redla tensión se correlaciona con la temperatura crítica: regiones altamente comprimidas con una temperatura crítica alta y regiones altamente tensibles con una temperatura crítica baja. En las películas del equipo, las compresivas ocuparon mucho más espacio, lo que condujo a una temperatura crítica elevada general.
Según Li, estas ganancias de rendimiento son solo el comienzo: "Creemos que la corriente y la temperatura críticas pueden mejorarse aún más ajustando la estructura de los defectos y la disposición de las tensiones de la red".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio Nacional Brookhaven . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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