Agosto 7, 2022

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I fisici stanno avanzando nella corsa alla superconduttività a temperatura ambiente

Un team di fisici del Nevada Extreme Laboratory (NEXCL) dell’UNLV ha utilizzato una cellula a incudine di Massey, un dispositivo di ricerca simile a quello ripreso, nella loro ricerca per abbassare la pressione necessaria per monitorare un materiale in grado di essere superconduttore a temperatura ambiente. Credito: Immagine per gentile concessione di NEXCL

Meno di due anni fa, il mondo della scienza è rimasto sconvolto dalla scoperta di un materiale in grado di essere superconduttore a temperatura ambiente. Ora, un team di fisici dell’Università del Nevada Las Vegas (UNLV) ha alzato la posta ancora una volta riproducendo questa impresa alla pressione più bassa mai registrata.

Per essere chiari, questo significa che la scienza è più vicina che mai a un materiale utilizzabile e ripetibile che potrebbe un giorno rivoluzionare il modo in cui l’energia viene trasportata.

Ha fatto notizia a livello internazionale nel 2020 scoprendo Superconduttività a temperatura ambiente per la prima volta Scritto dal fisico UNLV Ashkan Salamat e dal collega Ranga Dias, fisico dell’Università di Rochester. Per raggiungere questa impresa, gli scienziati hanno trasformato una miscela chimica di carbonio, zolfo e idrogeno prima in uno stato metallico e poi in uno stato superconduttore a temperatura ambiente usando una pressione estremamente alta – 267 gigapascal – condizioni che si trovano solo in natura vicino al centro di la terra.

Avanzando a una velocità inferiore a due anni, i ricercatori sono ora in grado di completare l’impresa con soli 91 gigapascal, circa un terzo della pressione inizialmente riportata. Le nuove scoperte sono state pubblicate come articolo anticipato sulla rivista comunicazione chimica Questo mese.

Super scoperta

Grazie alla messa a punto dettagliata della composizione di carbonio, zolfo e idrogeno utilizzata nella scoperta originale, i ricercatori sono ora in grado di produrre un materiale a bassa pressione che mantiene il suo stato di superconduttività.

“Si tratta di pressioni a un livello difficile da comprendere e valutare al di fuori del laboratorio, ma il nostro corso attuale mostra che è possibile raggiungere temperature di conduzione relativamente elevate a pressioni costantemente basse – e questo è il nostro obiettivo finale”, ha affermato il capo dello studio autore Gregory Alexander Smith. Ricercatore post-laurea presso UNLV Laboratorio di condizioni estreme in Nevada (Nexel). “In fin dei conti, se vogliamo realizzare dispositivi utili ai bisogni della società, dobbiamo ridurre la pressione necessaria per crearli”.

Sebbene le pressioni siano ancora molto elevate – circa mille volte superiori a quelle che potresti sperimentare sul fondo della Fossa delle Marianne nell’Oceano Pacifico – continuano a correre verso un obiettivo vicino allo zero. È una gara appassionata all’UNLV poiché i ricercatori acquisiscono una migliore comprensione della relazione chimica tra carbonio, zolfo e idrogeno che costituisce il materiale.

“La nostra conoscenza della relazione tra carbonio e zolfo sta avanzando rapidamente e stiamo trovando rapporti che portano a risposte significativamente diverse e più efficienti rispetto a quelle inizialmente osservate”, ha affermato Salamat, che dirige NEXCL presso UNLV e ha contribuito all’ultimo studio. “L’osservazione di fenomeni così diversi in un sistema simile mostra solo la ricchezza di Madre Natura. C’è così tanto da capire e ogni nuovo progresso ci avvicina all’orlo dei dispositivi superconduttori di tutti i giorni”.

Il Santo Graal dell’efficienza energetica

La superconduttività è un fenomeno affascinante osservato per la prima volta oltre un secolo fa, ma solo a temperature notevolmente inferiori è stata esclusa ogni idea di applicazione pratica. Solo negli anni ’60 gli scienziati ipotizzarono che questa impresa potesse essere possibile a temperature ancora più elevate. La scoperta del 2020 da parte di Salamat e colleghi di un superconduttore a temperatura ambiente ha entusiasmato il mondo della scienza in parte perché la tecnologia supporta il flusso elettrico senza resistenza, il che significa che la potenza che passa attraverso un circuito elettrico può essere condotta all’infinito e senza perdita di energia. Ciò potrebbe avere importanti implicazioni per l’accumulo e la trasmissione di energia, supportando qualsiasi cosa, da migliori batterie per telefoni cellulari a una rete elettrica più efficiente.

“La crisi energetica globale non mostra segni di rallentamento e i costi stanno aumentando in parte a causa della perdita di quasi 30 miliardi di dollari della rete elettrica statunitense all’anno a causa dell’inefficienza della tecnologia attuale”, ha affermato Salamat. “Per il cambiamento della società, dobbiamo guidare con la tecnologia e il lavoro che sta accadendo oggi è, credo, in prima linea nelle soluzioni di domani”.

Secondo Salamat, le proprietà dei superconduttori potrebbero essere alla base di una nuova generazione di materiali che potrebbero cambiare radicalmente le infrastrutture energetiche negli Stati Uniti e oltre.

“Immagina di sfruttare l’energia in Nevada e di inviarla in tutto il paese senza alcuna perdita di energia”, ha detto. “Questa tecnologia potrebbe renderlo possibile un giorno”.

Riferimento: “Il contenuto di carbonio aumenta la superconduttività ad alta temperatura nell’idruro di carbonio-zolfo al di sotto di 100 GPa” di J. Alexander Smith, Innes E. Collings, Elliot Snyder, Dean Smith, Sylvain Pettigerard e Jesse S. Ellison, Keith F. Lawler, Ranja B. Dias e Ashkan Salamat, 7 luglio 2022, disponibile qui. comunicazione chimica.
DOI: 10.1039 / D2CC03170A

Smith, autore principale, è un ex ricercatore dell’UNLV nel laboratorio di Salamat e un attuale dottorando in chimica e ricerca con NEXCL. Altri autori dello studio includono Salamat, Dean Smith, Paul Ellison, Melanie White e Keith Lawler dell’UNLV; Ranga Dias, Elliot Snyder ed Elise Jones dell’Università di Rochester; Ines E. Collings con i Laboratori federali svizzeri per la scienza e la tecnologia dei materiali, Sylvain Pettigerard con l’ETH di Zurigo; e Jesse S. Smith of Argonne National Laboratory.

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