Речь идет о сверхпроводящем материале, который называется оксид висмута, стронция, кальция, меди (Bi2212). Сверхпроводник — это материал, который может переносить электричество без каких-либо потерь — например, энергия не рассеивается в виде тепла. Сверхпроводящие материалы в настоящее время используются в медицинской технологии МРТ, и ожидается, что они будут играть важную роль в новых энергетических технологиях.
«Bi2212 — единственный высокотемпературный сверхпроводник, который можно изготавливать в виде круглого провода, и ожидается, что он найдет применение в магнитах для использования во всем, от технологий магнитно-резонансной томографии до суперколлайдеров следующего поколения — почти всего, что подпадает под категории физики высоких энергий или требует очень сильного магнитного поля », — говорит Голса Надери, доктор философии.D. студент NC State и ведущий автор статьи с описанием работы.
Чтобы использовать Bi2212 для любого из этих потенциальных приложений, материал должен быть сформирован в виде многожильного провода, который содержит от 500 до 1000 нитей Bi2212, залитых в серебро, а затем подвергнут термообработке почти до 900 ° C. Однако такая обработка приводит к загрязнению материала. Эти примеси в основном состоят из пористости и оксида висмута, стронция, меди (Bi2201).
"Мы знаем, что пористость или образование пустот в Bi2212 проблематичны. Но мы хотели выйти за рамки пористости и узнать больше о примесях Bi2201 и о том, как они могут помочь или повредить рабочие характеристики Bi2212 », — говорит д-р.
Джастин Шварц, старший автор статьи, заслуженный профессор Коби Стил и глава департамента материаловедения и инженерии в NC State. "Это поможет нам определить, как оптимизировать сверхпроводящие характеристики материала за счет лучшей обработки."
Исследователи обнаружили, что наноразмерные примеси от 1.2 к2.Ширина 5 нанометров, по-видимому, улучшает характеристики Bi2212 как сверхпроводника.
«Наноразмерные примеси или дефекты служат центрами« закрепления »магнитного потока на месте», — говорит Надери. "Без этих центров пиннинга магнитные вихри могут двигаться, создавая сопротивление и препятствуя сверхпроводимости, когда присутствует магнитное поле.
«Люди хотят использовать Bi2212 для создания сильных магнитных полей с помощью тока, поэтому закрепление магнитного потока имеет важное значение — технология, использующая этот материал, должна быть способна работать в присутствии магнитного поля», — добавляет Надери.
Но исследователи также обнаружили, что крупномасштабные примеси, измеряемые в микронах (или микрометрах), вредны для сверхпроводимости Bi2212. Это связано с тем, что эти примеси настолько велики, что действуют как барьеры для тока, заставляя электроны менять свой путь и ослабляя сверхпроводимость материала.
«Наша предыдущая работа показала, что крупномасштабные дефекты Bi2201 были значительной проблемой для проводов Bi2212, и эта работа подтверждает это», — говорит Шварц. «Но теперь мы знаем, что в наномасштабе Bi2201 не вреден — и может улучшить производительность."
Исследователи говорят, что следующим ключевым шагом для инженеров-материаловедов будет переоценка давних протоколов обработки проволоки Bi2212, чтобы определить, как минимизировать образование крупномасштабных примесей.
