Un studiu recente è innovativu hà dimustratu e proprietà uniche di u grafene per u sviluppu di superconduttori ecunomichi è pratichi da aduprà.
A supraconduttore hè un materiale chì pò cunduce (trasmette) electricità senza resistenza. Sta resistenza hè definita cum'è qualchì perdita di enirgia chì si faci durante u prucessu. Dunque, ogni materiale diventa superconduttivu quandu hè capaci di cunduce l'electricità, à quellu particulari.temperatura' o cundizione, senza liberazione di calore, sonu o qualsiasi altra forma d'energia. I superconduttori sò 100 per centu efficaci, ma a maiò parte di i materiali necessitanu esse in un minimu minimu enirgia state per diventà superconductive, chì significa chì anu da esse assai fretu. A maiò parte di i superconduttori deve esse rinfriscati cù l'heliu liquidu à a temperatura assai bassa di circa -270 gradi Celsius. Cusì ogni applicazione superconduttiva hè generalmente accumpagnata da una sorta di rinfrescamentu criogenicu / à bassa temperatura attivu o passiu. Questa prucedura di rinfrescante richiede una quantità eccessiva di energia in sè stessu è l'heliu liquidu ùn hè micca solu assai caru, ma ancu micca rinnuvevule. Per quessa, a maiò parte di i superconduttori convenzionali o "bassa temperatura" sò inefficienti, anu i so limiti, ùn sò micca ecunomicu, caru è impracticable per l'usu di grande scala.
Superconductors à alta temperatura
U campu di i superconductors hà fattu un saltu maiò à a mità di l'anni 1980 quandu hè statu scupertu un compostu di l'ossidu di ramu chì puderia superconduce à -238 gradi Celsius. Questu hè sempre friddu, ma assai più caldu di a temperatura di l'heliu liquidu. Questu era cunnisciutu cum'è u primu "superconductor d'alta temperatura" (HTC) mai scupertu, vincendu u premiu Nobel, ancu s'ellu hè "altu" solu in un sensu parente più grande. Per quessa, i scientisti anu capitu chì puderanu fucalizza nantu à eventualmente truvà superconductors chì funzionanu, dicemu cù nitrogenu liquidu (-196 ° C) chì anu u plus chì hè dispunibule in abbundanza è hè ancu economicu. I superconduttori à alta temperatura anu ancu applicazioni induve sò richiesti campi magnetichi assai alti. I so contraparti di bassa temperatura fermanu di travaglià à circa 23 tesla (tesla hè una unità di forza di u campu magneticu) perchè ùn ponu micca esse usatu per fà magneti più forti. Ma i materiali superconduttori à alta temperatura ponu travaglià più di duie volte in quellu campu, è prubabilmente ancu più altu. Siccomu i superconduttori generanu grandi campi magnetichi sò un cumpunente essenziale in i scanners è i treni levitanti. Per esempiu, a MRI oghje (Magnetic Resonance Imaging) hè una tecnica chì usa sta qualità per guardà è studià materiali, malatie è molécule cumplessi in u corpu. L'altri appricazzioni includenu u almacenamentu di l'electricità à scala di griglia per avè linee elettriche efficienti in energia (esempiu, i cavi superconduttivi ponu furnisce 10 volte più putenza quant'è i fili di cooper di a listessa dimensione), generatori di energia eolica è ancu supercomputer. energia per milioni di anni pò esse creatu cù superconductors.
L'attuale superconduttori à alta temperatura anu e so limitazioni è sfide. Oltre à esse assai caru per esse bisognu di un dispositivu di rinfrescante, sti superconductors sò fatti di materiali fragili è ùn sò micca faciuli di forma è cusì ùn ponu micca esse usatu per fà fili elettrici. U materiale pò ancu esse chimicamente inestabile in certi ambienti è estremamente sensibile à l'impurità di l'atmosfera è di l'acqua è cusì deve esse generalmente incassatu. Allora ci hè solu una corrente massima chì i materiali superconduttivi ponu purtà è sopra à una densità di corrente critica, a superconduttività si rompe limitendu u currente. I costi enormi è l'impraticabilità impediscenu l'usu di boni superconduttori in particulare in i paesi in via di sviluppu. L'ingegneri, in a so imaginazione, volenu veramente un superconductor morbidu, maleable, ferromagneticu chì hè impermeable à impurità o campi correnti è magnetichi applicati. Troppu da dumandà !
U grafene puderia esse!
U criteriu cintrali di un superconductor successu hè di truvà una temperatura alta superconduttur, u scenariu ideale hè a temperatura di l'ambienti. Tuttavia, i materiali novi sò sempre limitati è sò assai sfida à fà. Ci hè sempre un apprendimentu cuntinuu in questu campu nantu à a metodulugia esatta chì questi superconduttori aduprate à alta temperatura è cumu i scientisti puderanu ghjunghje à un novu disignu chì hè praticu. Unu di l'aspetti sfide in i superconduttori à alta temperatura hè chì hè assai pocu capitu ciò chì aiuta veramente l'elettroni in un materiale per accoppià. In un studiu recente hè statu dimustratu per a prima volta chì u materiale grafinu hà una qualità superconduttiva intrinseca è pudemu veramente fà un superconductor di grafene in u statu naturali di u materiale. U grafene, un materiale puramente basatu in carbonu, hè statu scupertu solu in u 2004 è hè u materiale più sottile cunnisciutu. Hè ancu ligeru è flessibile cù ogni foglia composta da atomi di carbonu disposti esagonalmente. Hè vistu per esse più forte di l'azzaru è sprime una conduttività elettrica assai megliu cumparatu cù u ramu. Cusì, hè un materiale multidimensionale cù tutte queste proprietà promettenti.
I fisici di l'Istitutu di Tecnulugia di Massachusetts è l'Università di Harvard, USA, chì u travagliu hè publicatu in dui documenti1,2 in Escursioni, anu infurmatu chì sò capaci di sintonizà u grafene materiale per vede dui cumportamenti elettrichi estremi - cum'è un insulator in u quale ùn permette micca di passà a corrente è cum'è un superconductor in quale permette a corrente di passà senza alcuna resistenza. Un "superlattice" di dui fogli di grafene hè stata creata impilata inseme rotate ligeramente à un "angolo magicu" di 1.1 gradi. Questa dispusizione particulare di u mudellu di nido d'ape esagonale sovrapposta hè stata fatta per induce potenzialmente "interazzioni forti correlate" trà l'elettroni in i fogli di grafene. È questu hè accadutu perchè u grafene puderia cunduce l'electricità cù resistenza zero à questu "angolo magicu" mentre chì qualsiasi altru arrangiamentu impilatu manteneva u grafene cum'è distintu è ùn ci era micca interazzione cù i strati vicini. Anu dimustratu un modu per fà chì u grafene aduttà una qualità intrinseca à a superconduzione per sè stessu. Perchè questu hè assai pertinenti hè perchè, u stessu gruppu avia sintetizatu in precedenza i superconduttori di grafene mettendu u grafene in cuntattu cù altri metalli superconduttori chì li permettenu di eredite certi cumpurtamenti superconduttori, ma ùn pudianu micca ottenevule cù u grafene solu. Questu hè un rapportu rivoluzionariu perchè e capacità conduttive di u grafene sò cunnisciute per un tempu, ma hè a prima volta chì a superconductività di u grafene hè stata ottenuta senza alterazione o aghjunghje altri materiali à questu. Dispositivu in un circuitu superconduttivu è a superconduttività espressa da u grafene puderia esse incorporata in i dispositi elettronici molecolari cù funziunalità novi.
Questu ci riporta à tutte e discussioni nantu à i superconduttori à alta temperatura è ancu s'ellu hè ancu bisognu di rinfriscà stu sistema à 1.7 gradi Celsius, a produzzione è l'utilizazione di grafene per i grandi prughjetti pare ottenibile avà investigandu a so superconductività micca cunvinziunali. A cuntrariu di i superconduttori cunvinziunali, l'attività di u grafene ùn pò esse spiegata da a teoria principale di a superconduttività. Tali attività micca cunvinziunali hè stata veduta in ossidi di rame cumplessi chjamati cuprati, cunnisciuti per cunduce l'electricità à 133 gradi Celsius, è hè statu u focu di a ricerca per parechje decennii. Eppuru, à u cuntrariu di questi cuprati, un sistema di grafene impilatu hè abbastanza simplice è u materiale hè ancu capitu megliu. Solu avà u grafene hè statu scupertu cum'è un superconductor puru, ma u materiale in sè stessu hà parechje capacità eccezziunale chì sò cunnisciute prima. Stu travagliu apre a strada per un rolu più forte di u grafene è u sviluppu di superconduttori à alta temperatura chì sò amichevuli di l'ambiente è più. enirgia efficaci è u più impurtante funziona à a temperatura di l'ambienti eliminendu a necessità di un cooling caru. Questu puderia rivoluzionarà a trasmissione di l'energia, i magneti di ricerca, i dispositi medichi in particulare i scanners è puderia veramente rivisione cumu l'energia hè trasmessa in e nostre case è uffizii.
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Fonte (s)
1. Yuan C et al. 2018. Cumportamentu insulator correlated à a mità di riempimentu in superlattice graphene magic-angle. Natura. https://doi.org/10.1038/nature26154
2. Yuan C et al. 2018. Superconductivity micca cunvinziunali in superlattice graphene magic-angle. Natura. https://doi.org/10.1038/nature26160
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