Studimi i fundit themelor ka treguar vetitë unike të grafenit të materialit për një mundësi afatgjatë të zhvillimit më në fund të superpërçuesve ekonomikë dhe praktikë për t'u përdorur.
A superpërçues is a material which can conduct (transmit) energjisë elektrike without resistance. This resistance is defined as some loss of energji which occurs during the process. So, any material becomes superconductive when it is able to conduct electricity, at that particular ‘Temperaturat’ or condition, without release of heat, sound or any other form of energy. Superconductors are 100 percent efficient but most materials require to be in an extremely low energji state in order to become superconductive, which means that they have to be very cold. Most superconductors need to be cooled with liquid helium to very low temperature of about -270 degrees Celsius. Thus any superconducting application is generally coupled with some sort of active or passive cryogenic/low temperature cooling. This cooling procedure requires an excessive amount of energy in itself and liquid helium is not only very expensive but also non-renewable. Therefore, most conventional or “low temperature” superconductors are inefficient, have their limits, are uneconomical, expensive and impractical for large scale use.
Superpërcjellës me temperaturë të lartë
Fusha e superpërcjellësve mori një hap të madh në mesin e viteve 1980, kur u zbulua një përbërës oksid bakri i cili mund të superpërçonte në -238 gradë Celsius. Kjo është ende e ftohtë, por shumë më e ngrohtë se temperaturat e heliumit të lëngshëm. Ky ishte i njohur si "superpërçuesi i temperaturës së lartë" (HTC) i parë i zbuluar ndonjëherë, duke fituar çmimin Nobel, megjithëse "i lartë" është vetëm në një kuptim më të madh relativ. Prandaj, shkencëtarëve u shkoi mendja se ata mund të përqëndroheshin në gjetjen eventuale të superpërçuesve që funksionojnë, le të themi me azotin e lëngshëm (-196° C) që ka plusin se është i disponueshëm në bollëk dhe është gjithashtu i lirë. Superpërcjellësit me temperaturë të lartë kanë gjithashtu aplikime ku kërkohen fusha magnetike shumë të larta. Homologët e tyre me temperaturë të ulët ndalojnë së punuari në rreth 23 tesla (tesla është një njësi e fuqisë së fushës magnetike) kështu që ata nuk mund të përdoren për të bërë magnet më të fortë. Por materialet superpërcjellëse me temperaturë të lartë mund të punojnë në më shumë se dyfishin e asaj fushe, dhe ka të ngjarë edhe më të larta. Meqenëse superpërçuesit gjenerojnë fusha të mëdha magnetike, ata janë një komponent thelbësor në skanerët dhe trenat që fluturojnë. Për shembull, MRI sot (Imazhe me rezonancë magnetike) është një teknikë e cila përdor këtë cilësi për të parë dhe studiuar materialet, sëmundjet dhe molekulat komplekse në trup. Aplikime të tjera përfshijnë ruajtjen e energjisë elektrike në shkallë rrjeti duke pasur linja energjie efikase (për shembull, kabllot superpërcjellëse mund të ofrojnë 10 herë më shumë energji se telat e bakrit të së njëjtës madhësi), gjeneratorët e energjisë së erës dhe gjithashtu superkompjuterët. Pajisjet që janë në gjendje të ruajnë energjia për miliona vjet mund të krijohet me superpërçues.
Superpërcjellësit aktualë të temperaturës së lartë kanë kufizimet dhe sfidat e tyre. Përveçse janë shumë të shtrenjta për shkak se kërkojnë një pajisje ftohëse, këta superpërçues janë bërë nga materiale të brishta dhe nuk janë të lehta për t'u formësuar dhe kështu nuk mund të përdoren për të bërë tela elektrikë. Materiali gjithashtu mund të jetë kimikisht i paqëndrueshëm në mjedise të caktuara dhe jashtëzakonisht i ndjeshëm ndaj papastërtive nga atmosfera dhe uji dhe për këtë arsye ai duhet të mbyllet në përgjithësi. Pastaj ka vetëm një rrymë maksimale që materialet superpërçuese mund të mbajnë dhe mbi një densitet kritik të rrymës, superpërçueshmëria prishet duke kufizuar rrymën. Kostot e mëdha dhe jopraktiket po pengojnë përdorimin e superpërçuesve të mirë veçanërisht në vendet në zhvillim. Inxhinierët, në imagjinatën e tyre, do të dëshironin vërtet një superpërçues të butë, të lakueshëm, ferromagnetik, i cili është i papërshkueshëm nga papastërtitë ose nga rryma e aplikuar dhe fushat magnetike. Shumë për të kërkuar!
Mund të jetë grafeni!
Kriteri qendror i një superpërcjellësi të suksesshëm është gjetja e një temperature të lartë superpërçuesr, skenari ideal është temperatura e dhomës. Megjithatë, materialet më të reja janë ende të kufizuara dhe janë shumë sfiduese për t'u bërë. Ka ende mësime të vazhdueshme në këtë fushë për metodologjinë e saktë që adoptojnë këta superpërçues me temperaturë të lartë dhe se si shkencëtarët mund të arrijnë në një dizajn të ri që është praktik. Një nga aspektet sfiduese në superpërçuesit me temperaturë të lartë është se nuk kuptohet shumë keq se çfarë i ndihmon vërtet elektronet në një material të çiftohen. Në një studim të fundit është treguar për herë të parë se materiali Graphene ka cilësi të brendshme superpërcjellëse dhe ne mund të bëjmë vërtet një superpërçues grafeni në gjendjen natyrale të materialit. Grafeni, një material thjesht me bazë karboni, u zbulua vetëm në vitin 2004 dhe është materiali më i hollë i njohur. Është gjithashtu i lehtë dhe fleksibël me çdo fletë të përbërë nga atome karboni të rregulluar në mënyrë gjashtëkëndore. Ai shihet të jetë më i fortë se çeliku dhe shpreh përçueshmëri elektrike shumë më të mirë në krahasim me bakrin. Kështu, është një material shumëdimensional me të gjitha këto veti premtuese.
Fizikantë në Institutin e Teknologjisë në Masaçusets dhe Universitetin e Harvardit, SHBA, puna e të cilëve është botuar në dy punime1,2 in Natyrë, kanë raportuar se ata janë në gjendje të sintonizojnë materialin grafen për të treguar dy sjellje ekstreme elektrike – si një izolues në të cilin nuk lejon të kalojë asnjë rrymë dhe si një superpërçues në të cilin lejon që rryma të kalojë pa asnjë rezistencë. Një "superrrjet" prej dy fletësh grafeni u krijua të grumbulluara së bashku, të rrotulluara paksa në një "kënd magjik" prej 1.1 gradë. Ky rregullim i veçantë i modelit gjashtëkëndor të huallit të mjaltit është bërë në mënyrë që të nxisë potencialisht "ndërveprime të lidhura fort" midis elektroneve në fletët e grafenit. Dhe kjo ndodhi sepse grafeni mund të përçonte elektricitetin me rezistencë zero në këtë "kënd magjik" ndërsa çdo rregullim tjetër i grumbulluar e mbante grafenin si të dallueshëm dhe nuk kishte ndërveprim me shtresat fqinje. Ata treguan një mënyrë për ta bërë grafenin të përvetësojë një cilësi të brendshme në super sjellje më vete. Arsyeja pse kjo është shumë e rëndësishme është sepse, i njëjti grup kishte sintetizuar më parë superpërçues grafeni duke e vendosur grafenin në kontakt me metale të tjera superpërcjellëse, duke e lejuar atë të trashëgojë disa sjellje superpërcjellëse, por nuk mund të arrinte vetëm me grafen. Ky është një raport novator sepse aftësitë përçuese të grafenit janë të njohura për një kohë, por është hera e parë që superpërçueshmëria e grafenit është arritur pa ndryshuar ose shtuar materiale të tjera në të. Kështu, grafeni mund të përdoret për të bërë një transistor të ngjashëm pajisja në një qark superpërcjellës dhe superpërçueshmëria e shprehur nga grafeni mund të përfshihet në pajisjet elektronike molekulare me funksionalitete të reja.
This brings us back to all the talk on high-temperature superconductors and though this system still needed to be cooled to 1.7 degrees Celsius, producing and using graphene for large projects looks achievable now by investigating its unconventional superconductivity. Unlike conventional superconductors graphene’s activity cannot be explained by the mainstream theory of superconductivity. Such unconventional activity has been seen in complex copper oxides called cuprates, known to conduct electricity at up to 133 degrees Celsius, and has been the focus of research for multiple decades. Though, unlike these cuprates, a stacked graphene system is quite simple and the material is also understood better. Only now graphene has been discovered as a pure superconductor, but the material in itself has many outstanding capabilities which are previously known. This work paves way for a stronger role of graphene and development of high-temperature superconductors that are environment-friendly and more energji efficient and most importantlyfunction at room temperature eliminating the need for expensive cooling. This could revolutionize energy transmission, research magnets, medical devices especially scanners and could really overhaul how energy is transmitted in our homes and offices.
***
{Mund të lexoni punimin origjinal kërkimor duke klikuar lidhjen DOI të dhënë më poshtë në listën e burimeve të cituara}
Burimi (s)
1. Juan C et al. 2018. Sjellja e ndërlidhur e izolatorit në gjysmë-mbushje në supergrilat grafeni me kënd magjik. Natyra. https://doi.org/10.1038/nature26154
2. Juan C et al. 2018. Superpërcjellshmëria jokonvencionale në supergrilat e grafenit me kënd magjik. Natyra. https://doi.org/10.1038/nature26160
