Bangun superkonduktor paladium yang lebih baik

Ini adalah salah satu perlombaan paling menarik dalam fisika modern: bagaimana kita dapat menghasilkan superkonduktor terbaik yang tetap menjadi superkonduktor bahkan pada suhu dan tekanan lingkungan tertinggi? Dalam beberapa tahun terakhir, era baru superkonduktivitas telah dimulai dengan ditemukannya nikel. Superkonduktor ini didasarkan pada nikel, itulah sebabnya banyak ilmuwan berbicara tentang “zaman nikel penelitian superkonduktivitas”. Dalam banyak hal, nikel mirip dengan tembaga, yang berbahan dasar tembaga dan ditemukan pada tahun 1980-an.

Tapi sekarang kelas material baru mulai dimainkan: dalam kolaborasi antara TU Wien dan universitas di Jepang, dimungkinkan untuk mensimulasikan perilaku berbagai material di komputer dengan lebih akurat daripada sebelumnya.

Ada “zona ringan” di mana superkonduktivitas bekerja dengan baik. Dan wilayah ini tidak dicapai dengan nikel atau tembaga, tetapi dengan paladium. Ini bisa mengantarkan “zaman baru flat” dalam penelitian superkonduktivitas. Hasilnya sekarang telah dipublikasikan di jurnal Surat pemeriksaan fisik.

Temukan suhu transisi yang lebih tinggi

Pada suhu tinggi, superkonduktor berperilaku sangat mirip dengan bahan konduktif lainnya. Tetapi ketika mereka didinginkan di bawah suhu kritis tertentu, mereka berubah secara dramatis: hambatan listriknya hilang sama sekali dan tiba-tiba mereka dapat menghantarkan listrik tanpa kehilangan apapun. Batas ini, dimana bahan berubah antara keadaan superkonduktor dan keadaan konduksi normal, disebut suhu kritis.

“Kami sekarang telah dapat menghitung suhu kritis ini untuk berbagai macam bahan. Melalui pemodelan kami pada komputer berkinerja tinggi, kami telah dapat memprediksi dengan tingkat akurasi yang tinggi diagram fase superkonduktivitas nikel, seperti yang ditunjukkan oleh percobaan selanjutnya. ,” kata Prof. Carsten Held dari Institute for Solid State Physics di TU Wien.

Banyak bahan menjadi superkonduktor hanya di atas nol mutlak (-273,15 °C), sementara yang lain mempertahankan sifat superkonduktornya bahkan pada suhu yang jauh lebih tinggi. Masih superkonduktor pada suhu kamar dan tekanan atmosfer normal, superkonduktor secara fundamental akan merevolusi cara kita menghasilkan, mentransmisikan, dan menggunakan listrik.

Namun, bahan ini belum ditemukan. Namun, superkonduktor suhu tinggi, termasuk kelas cuprate, memainkan peran penting dalam teknologi – misalnya, dalam transmisi arus besar atau produksi medan magnet yang sangat kuat.

Tembaga, nikel, dan paladium?

Sulit untuk mencari bahan superkonduktor terbaik: ada banyak unsur kimia berbeda yang perlu dipertanyakan. Anda dapat menyatukannya ke dalam struktur yang berbeda, dan Anda dapat menambahkan jejak kecil elemen lain untuk meningkatkan superkonduktivitas. “Untuk menemukan kandidat yang cocok, Anda perlu memahami pada tingkat fisik kuantum bagaimana elektron berinteraksi satu sama lain dalam materi,” kata Profesor Carsten Held.

Hal ini menunjukkan adanya gaya optimum untuk interaksi elektron. Reaksinya harus kuat, tetapi tidak terlalu kuat. Ada “zona emas” di antara keduanya, yang memungkinkan untuk mencapai suhu transisi tertinggi.

Eyeliner yang sempurna memudar

Wilayah emas reaksi menengah ini tidak dapat dicapai dengan tembaga atau nikel – tetapi seseorang dapat menyerang tepat sasaran dengan jenis material baru: yang disebut paladate. “Palladium hanya satu baris di bawah nikel dalam tabel periodik. Sifatnya serupa, tetapi rata-rata elektronnya sedikit lebih jauh dari inti atom dan dari satu sama lain, sehingga interaksi elektroniknya lebih lemah,” kata Carsten Held.

Kalkulasi model menunjukkan cara mencapai suhu transisi ideal untuk data paladium. “Hasil perhitungannya sangat menjanjikan,” kata Carsten Held. “Kami berharap bahwa kami sekarang dapat menggunakannya untuk memulai penelitian eksperimental. Jika kami memiliki kelas bahan tambahan baru yang tersedia dengan palladate untuk lebih memahami superkonduktivitas dan menciptakan superkonduktor yang lebih baik lagi, ini dapat memajukan seluruh bidang penelitian.”