Инженеры улучшают характеристики проводов из высокотемпературных сверхпроводников

Исследователи из Университета штата Флорида открыли новый способ улучшить характеристики ских проводов, используемых в качестве высокотемпературных ов (ВТСП), и эти открытия могут использоваться в ускорителях частиц нового поколения.


Изображение Bi-2212, сверхпроводящих проводов на основе висмута. (Марк Валлхейзер / Инженерный колледж FAMU-FSU) Исследователи использовали сканирующую электронную микроскопию высокого разрешения, чтобы понять, как методы обработки влияют на зерна в сверхпроводящих х на основе висмута (известных как Bi-2212). Эти зерна образуют основные структуры высокотемпературных сверхпроводников, и ученые, рассматривая зерна Bi-2212 в атомном масштабе, успешно оптимизировали их выравнивание в процессе, который делает материал более эффективным в проведении сверхпроводящего тока или сверхтока. Их работа опубликована в журнале Наука и и сверхпроводников.

Исследователи обнаружили, что отдельные зерна имеют длинную прямоугольную форму, причем их более длинная сторона направлена ​​вдоль той же оси, что и проволока, — так называемая двухосная текстура. Они расположены по кругу по траектории провода, так что ориентация видна только в очень маленьком масштабе. Эти два свойства вместе придают зернам Bi-2212 квазидвуосную текстуру, которая оказалась идеальной конфигурацией для сверхтока.

«Понимая, как оптимизировать структуру этих зерен, мы можем изготавливать круглые высокотемпературные провода, которые пропускают более высокие токи наиболее эффективным способом», — сказал Абиола Темидайо Олое, докторант инженерного колледжа FAMU-FSU, научный сотрудник Национальная лаборатория сильных магнитных полей (MagLab) и ведущий автор .

Сверх, в отличие от обычных проводников, таких как медь, могут переносить электричество с идеальной эффективностью, потому что электроны не сталкиваются с трением при перемещении по сверхпроводящему проводу. Проволока Bi-2212 относится к новому поколению высокопольных сверхпроводников для создания сверхпроводящих магнитов, которые являются важнейшими инструментами для научных исследований в лабораториях по всему миру, в том числе в Национальной лаборатории сильного магнитного поля, где группа исследователей проводила свои ы.

Высокотемпературные , такие как Bi-2212, могут проводить ток в гораздо более высоких магнитных полях, чем низкотемпературные сверхпроводники (LTS), и являются ключевой частью конструкции еще более мощных ускорителей частиц на Большом адронном коллайдере Европейской организации ядерных исследований. (ЦЕРН).

«Мы оптимизировали круглые провода Bi-2212 для пропускания большего тока, учитывая при этом разницу в масштабе между лабораторией и производителем», — сказал Олой. «Процесс, который мы разрабатываем в лаборатории, должен масштабироваться до уровня производства, чтобы технология была коммерчески жизнеспособной, и мы смогли сделать это в ходе исследования».

Предыдущая работа, выполненная Фумитаке Каи, доцентом кафедры машиностроения в Инженерном колледже FAMU-FSU, исследователем MagLab и главным исследователем исследования, показала важность квазибиаксиальной текстуры в круглых проводах Bi-2212 для токов. Эта статья продолжила исходную идею и продемонстрировала факторы, необходимые для достижения оптимальной квазибиаксиальной текстуры.

«Используемая микроструктурная характеристика уникальна для анализа кристаллической структуры круглой проволоки Bi-2212, — сказал Каметани. — Этот метод обычно используется для анализа металлов и сплавов, и мы адаптировали его для разработки новых методов подготовки образцов для дальнейшей оптимизации. проводных технологий Bi-2212 HTS ».