Predstav si elektrické vedenie, ktorým prúd tečie bez akejkoľvek straty energie. Žiadne zahrievanie, žiadne premrhané kilowatty, žiadne náklady na chladenie. Práve tento sen fyzikov a inžinierov poháňa výskum supravodivosti už desaťročia.

Moderná civilizácia spotrebúva obrovské množstvo elektrickej energie, pričom jej značná časť sa pri prenose stratí v podobe tepla. Keby sme dokázali tento problém vyriešiť, zmenilo by to celú energetiku od základov.

Priblíženie k izbovej teplote

Výskumníci z Argonne National Laboratory, patriaceho pod americké ministerstvo energetiky, identifikovali, ako drobné zmeny v štruktúre materiálu zvaného superhydrid ovplyvňujú jeho schopnosť viesť elektrinu bez odporu. Kľúčovým zistením je, že už nepatrné úpravy usporiadania atómov v kryštalickej mriežke dokážu posunúť hranice teploty, pri ktorej k tomuto javu dochádza.

Tím skúmal lantánový superhydrid, do ktorého pridal malé množstvo kovového prvku ytria, čím sa mu podarilo zvýšiť stabilitu materiálu a zároveň znížiť tlak potrebný na dosiahnutie supravodivosti.

Mimoriadne dôležité je to aj z pohľadu bežnej spotreby elektriny, pretože ako sme informovali v samostatnom článku o najväčších žrútoch energie v slovenských domácnostiach, obrovské množstvo elektriny dnes mizne na zdanlivo nenápadných zariadeniach, ako sú staré obehové čerpadlá, elektrické sporáky či mrazničky. Práve preto je výskum supravodičov taký zásadný.

Práve preto je výskum supravodičov taký zásadný. Patria k najzaujímavejším materiálom modernej fyziky. Dokážu viesť elektrický prúd úplne bez odporu, čo znamená, že sa pri tom neuvoľňuje žiadne teplo a energia sa nestráca. Práve preto sa využívajú napríklad v zariadeniach ako magnetická rezonancia, v časticových urýchľovačoch alebo vo výskume magnetickej levitácie.

Problémom však je, že väčšina dnes známych supravodičov funguje len pri extrémne nízkych teplotách, zhruba mínus 196 stupňov Celzia. To si vyžaduje drahé a technicky náročné chladiace systémy, čo zásadne obmedzuje ich masové využitie.

Superhydridy posunuli túto hranicu výrazne vyššie. Dokážu dosiahnuť supravodivosť pri teplote okolo mínus 12 stupňov Celzia, čo je v porovnaní s predchádzajúcimi materiálmi obrovský pokrok smerom k izbovej teplote. Stále však vyžadujú enormný tlak, približne 1,4 milióna násobku bežného atmosférického tlaku. Práve to zostáva hlavnou prekážkou na ceste k ich praktickému nasadeniu v reálnom svete.

UIC Today

Na to, aby mohli vedci tieto materiály vôbec skúmať, stlačili mikroskopicky malú vzorku pomocou dvoch diamantových čeľustí. Tento prístroj, nazývaný „diamond anvil cell“, je schopný generovať tlak až päť miliónov atmosfér.

Následne na vzorku nasmerovali výkonný röntgenový lúč zo zariadenia Advanced Photon Source, jedného z najvýkonnejších röntgenových generátorov na svete, ktoré sa nachádza priamo v Argonne. Nedávna rozsiahla modernizácia tohto zariadenia umožnila vedcom sledovať štruktúru materiálu na úrovni jednotlivých atómov s presnosťou, ktorá predtým nebola možná.

Nové možnosti v každom odvetví

Výsledky prekvapili aj samotných výskumníkov. V skúmanom materiáli objavili nie jednu, ale dve odlišné kryštalické štruktúry, pričom každá z nich vykazovala supravodivosť pri trochu inej teplote. Tento nález mení doterajšie chápanie supravodičov. Ukazuje totiž, že supravodivosť nie je pevne danou a nemennou vlastnosťou materiálu.

Dá sa ladiť samotným usporiadaním atómov, a to bez toho, aby sa menilo jeho chemické zloženie. To otvára nové možnosti, ako cielene navrhovať materiály s požadovanými vlastnosťami priamo na mieru.

Vedci si dobre uvedomujú, že extrémny tlak zostáva najväčšou praktickou prekážkou. Ich ďalším krokom bude preto pridanie ďalších chemických prvkov do štruktúry superhydridu, čo by mohlo potrebný tlak ešte viac znížiť. Každý takýto krok nás posúva bližšie k materiálu, ktorý by fungoval v bežných podmienkach.

Ak sa to niekedy podarí, výsledky budú revolučné. Bezstratový prenos elektrickej energie by výrazne znížil energetickú spotrebu, medicínske prístroje by sa stali dostupnejšími a nové technológie v magnetickej doprave by mohli zmeniť spôsob, akým sa pohybujeme po svete.

Čítajte viac z kategórie: Novinky