น้อยกว่าสองปีหลังจากที่โลกวิทยาศาสตร์ตกตะลึงด้วยการค้นพบวัสดุที่มีความสามารถในการเป็นตัวนำยิ่งยวดในอุณหภูมิห้อง ทีมนักฟิสิกส์ของ UNLV ได้เพิ่มค่า ante อีกครั้งด้วยการทำซ้ำการทำงานที่ความดันต่ำสุดที่เคยบันทึกไว้
กล่าวอีกนัยหนึ่ง วิทยาศาสตร์มีความใกล้ชิดมากกว่าที่เคยเป็นมากับวัสดุที่ใช้งานได้จริงและทำซ้ำได้ ซึ่งวันหนึ่งอาจปฏิวัติวิธีการขนส่งพลังงาน
Ashkan Salamatนักฟิสิกส์ของ UNLV และเพื่อนร่วมงาน Ranga Dias นักฟิสิกส์จาก University of Rochester กลายเป็นหัวข้อข่าวระดับนานาชาติในปี 2020 ด้วย การรายงานสภาพตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องเป็นครั้งแรก เพื่อให้บรรลุผลสำเร็จ นักวิทยาศาสตร์ได้สังเคราะห์สารเคมีผสมของคาร์บอน ซัลเฟอร์ และไฮโดรเจนให้เป็นสถานะโลหะก่อน จากนั้นจึงเข้าสู่สถานะตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องโดยใช้แรงกดสุดขีด – 267 กิกะปาสคาล – สภาพที่คุณพบได้ในธรรมชาติเท่านั้น ใกล้ศูนย์กลางของโลก
กรอไปข้างหน้าอย่างเร็วภายในเวลาไม่ถึงสองปี และตอนนี้ทีมสามารถบรรลุผลสำเร็จได้เพียง 91 GPa – ประมาณหนึ่งในสามของแรงกดดันที่รายงานในตอนแรก ผลการวิจัยใหม่นี้เผยแพร่ในเดือนนี้ในฐานะบทความล่วงหน้า ในวารสาร Chemical Communications
การค้นพบ
ครั้งยิ่งใหญ่ นักวิทยาศาสตร์สามารถผลิตวัสดุที่ความดันต่ำและคงสถานะความเป็นตัวนำยิ่งยวดไว้ได้ ด้วยการปรับแต่งอย่างละเอียดขององค์ประกอบของคาร์บอน กำมะถัน และไฮโดรเจน
Gregory Alexander Smith ผู้เขียนนำการศึกษากล่าวว่า “สิ่งเหล่านี้เป็นแรงกดดันในระดับที่ยากต่อการเข้าใจและประเมินผลนอกห้องปฏิบัติการ แต่วิถีปัจจุบันของเราแสดงให้เห็นว่าเป็นไปได้ที่จะบรรลุอุณหภูมิตัวนำยิ่งยวดที่ค่อนข้างสูงที่ความกดดันที่ต่ำกว่าอย่างสม่ำเสมอ ซึ่งเป็นเป้าหมายสูงสุดของเรา นักวิจัยนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษากับห้องปฏิบัติการ Nevada Extreme Conditions Laboratory (NEXCL) ของ UNLV “สุดท้ายแล้ว หากเราต้องการสร้างอุปกรณ์ที่เป็นประโยชน์ต่อความต้องการของสังคม เราต้องลดแรงกดดันที่จำเป็นในการสร้างอุปกรณ์เหล่านั้น”
แม้ว่าความกดดันจะยังคงสูงอยู่ ซึ่งมากกว่าที่คุณเคยสัมผัสที่ก้นร่องลึกบาดาลมาเรียนาของมหาสมุทรแปซิฟิกราวพันเท่า พวกมันยังคงแข่งกันไปถึงเป้าหมายที่ใกล้ศูนย์ เป็นเผ่าพันธุ์ที่ได้รับไอน้ำแบบทวีคูณที่ UNLV เนื่องจากนักวิทยาศาสตร์มีความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับความสัมพันธ์ทางเคมีระหว่างคาร์บอน กำมะถัน และไฮโดรเจนที่ประกอบเป็นวัสดุ
“ความรู้ของเราเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างคาร์บอนและกำมะถันกำลังก้าวหน้าอย่างรวดเร็ว และเรากำลังพบอัตราส่วนที่นำไปสู่การตอบสนองที่แตกต่างกันอย่างน่าทึ่ง และมีประสิทธิภาพมากกว่าที่สังเกตได้ในตอนแรก” Salamat ผู้ควบคุม NEXCL ของ UNLV และมีส่วนสนับสนุนล่าสุดกล่าว ศึกษา. “การสังเกตปรากฏการณ์ต่าง ๆ ในระบบที่คล้ายคลึงกันนั้นแสดงให้เห็นถึงความอุดมสมบูรณ์ของธรรมชาติ มีอะไรให้เข้าใจอีกมาก และความก้าวหน้าใหม่ๆ ทำให้เราเข้าใกล้หน้าผาของอุปกรณ์ตัวนำยิ่งยวดในชีวิตประจำวันมากขึ้น”
จอกศักดิ์สิทธิ์แห่งประสิทธิภาพพลังงาน
ยิ่งยวดเป็นปรากฏการณ์ที่น่าทึ่งครั้งแรกที่สังเกตพบเมื่อกว่าหนึ่งศตวรรษที่ผ่านมา แต่เฉพาะที่อุณหภูมิต่ำอย่างน่าทึ่งเท่านั้นที่หยุดความคิดของการใช้งานจริง เฉพาะในทศวรรษที่ 1960 นักวิทยาศาสตร์ได้ตั้งทฤษฎีว่าสามารถทำได้ที่อุณหภูมิสูงขึ้น การค้นพบในปี 2020 โดย Salamat และเพื่อนร่วมงานของตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องทำให้โลกของวิทยาศาสตร์ตื่นเต้นขึ้น ส่วนหนึ่งเป็นเพราะเทคโนโลยีนี้สนับสนุนการไหลของไฟฟ้าโดยมีค่าความต้านทานเป็นศูนย์ ซึ่งหมายความว่าพลังงานที่ไหลผ่านวงจรสามารถดำเนินการได้ไม่จำกัดและไม่มีการสูญเสียพลังงาน สิ่งนี้อาจมีนัยสำคัญสำหรับการจัดเก็บและส่งพลังงาน โดยสนับสนุนทุกอย่างตั้งแต่แบตเตอรี่โทรศัพท์มือถือที่ดีขึ้นไปจนถึงโครงข่ายพลังงานที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น
“วิกฤตพลังงานโลกไม่มีสัญญาณของการชะลอตัว และค่าใช้จ่ายก็เพิ่มขึ้นส่วนหนึ่งเนื่องจากโครงข่ายพลังงานของสหรัฐฯ ซึ่งสูญเสียไปประมาณ 3 หมื่นล้านเหรียญต่อปี เนื่องจากเทคโนโลยีในปัจจุบันไม่มีประสิทธิภาพ” Salamat กล่าว “สำหรับการเปลี่ยนแปลงทางสังคม เราต้องเป็นผู้นำด้วยเทคโนโลยี และฉันเชื่อว่างานที่เกิดขึ้นในวันนี้คือแนวหน้าของการแก้ปัญหาในวันพรุ่งนี้”
ตาม Salamat คุณสมบัติของตัวนำยิ่งยวดสามารถสนับสนุนวัสดุรุ่นใหม่ที่สามารถเปลี่ยนโครงสร้างพื้นฐานด้านพลังงานของสหรัฐอเมริกาและอื่น ๆ ได้
“ลองนึกภาพการควบคุมพลังงานในเนวาดาและส่งไปทั่วประเทศโดยไม่สูญเสียพลังงาน” เขากล่าว “วันหนึ่งเทคโนโลยีนี้จะทำให้เป็นไปได้”
สมิ ธ ผู้เขียนนำเป็นอดีตนักวิจัยระดับปริญญาตรีของ UNLV ในห้องทดลองของ Salamat และเป็นนักศึกษาปริญญาเอกสาขาเคมีและการวิจัยกับ NEXCL ผู้เขียนศึกษาเพิ่มเติม ได้แก่ Salamat, Dean Smith, Paul Ellison, Melanie White และ Keith Lawler กับ UNLV; Ranga Dias, Elliot Snider และ Elyse Jones กับ University of Rochester; Ines E. Collings กับ Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology, Sylvain Petitgirard กับ ETH Zurich; และ Jesse S. Smith กับ Argonne National Laboratory
รายละเอียดการตีพิมพ์
“ ปริมาณคาร์บอนทำให้เกิดตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงในคาร์บอนซัลเฟอร์ไฮไดรด์ที่ต่ำกว่า 100 GPa ” เผยแพร่เมื่อวันที่ 7 กรกฎาคม พ.ศ. 2565 เป็นบทความล่วงหน้าในวารสาร Chemical Communications
