פותחו מוליכי-על בטמפרטורה גבוהה חדשים המבוססים על ברזל ובעלי תכונות מגנטיות נדירות

מוליכי-על אלו יוכלו, בעתיד לבוא, לספק יתרונות אנרגטיים וסביבתיים בשל יכולתם להגביר באופן משמעותי את יעילות העברת החשמל ברכיבים אלקטרוניים או באחסון חשמל-עודף בשעות בהן הצריכה נמוכה לשימוש מאוחר יותר

במחקרים הראשוניים של משפחה חדשה של מוליכי-על בטמפרטורה גבוהה שהתגלו בתחילת השנה, חוקרים מהמכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה (NIST) חשפו כי מוליכי-על מבוססי-ברזל הינם בעלי תכונות מגנטיות נדירות משותפות לחומרים מוליכי-על ידועים זה מכבר ממשפחת תחמוצות הנחושת.

מוליכי-על אלו יוכלו, בעתיד לבוא, לספק יתרונות אנרגטיים וסביבתיים בשל יכולתם להגביר באופן משמעותי את יעילות העברת החשמל ברכיבים אלקטרוניים או באחסון חשמל-עודף בשעות בהן הצריכה נמוכה לשימוש מאוחר יותר. “למרות שעדיין איננו מבינים באופן מלא את הקשר שבין מגנטיות ומוליכות-על בחומרים מבוססי תחמוצות-נחושת,” מסביר החוקר הראשי, “המדידות שלנו מראות כי החומרים החדשים מבוססי-הברזל מכילים את התכונה האופיינית והחיונית הקושרת בין מגנטיות למוליכות-על.” חשיבות המגנטיות למוליכי-על בטמפרטורה גבוהה בלתי-רגילה מאחר ומגנטיות מפריעה קשות למוליכי-על שכיחים בטמפרטורה נמוכה. “אפילו כמות זניחה של “זיהומים” מגנטיים במוליכי-על בטמפרטורה נמוכה יכולה לפגוע קשות בתכונות המוליך,” אומר החוקר.

בניגוד לכך, מוליכי-על מבוססי תחמוצת-נחושת, שהתגלו בשנת 1986, מסוגלים לעבוד באופן יעיל גם בנוכחות שדות מגנטיים בטמפרטורות גבוהות. מוליך העל היעיל ביותר מסוג זה מוליך חשמל ללא כל התנגדות כאשר הוא מקורר ל”טמפרטורות מעבר” של מינוס 133 מעלות צלסיוס תוך שימוש פשוט וזול בחנקן נוזלי המסוגל לקררו עד לטמפרטורה של מינוס 196 מעלות צלסיוס. חוקרים יפניים גילו מוקדם יותר השנה כי סוג חדש של חומרים מוליכי-על מבוססי-ברזל היו גם הם בעלי טמפרטורות מעבר גבוהות יותר מאלו של מוליכי-העל המקובלים. תגלית זו דחפה פיסיקאים וחוקרים במדע-החומרים לסחרור מדעי מחודש, בדומה להתרגשות שהייתה כאשר הופיעו מוליכי-העל הראשונים לפני כעשרים שנים. מחקר מוקדם יותר של מוליכי-על אלו חשף כי הם מורכבים משכבות תחמוצת-נחושת פעילות מגנטית, המופרדות ע”י שכבות של חומרים לא-מגנטיים. באמצעות הַסְמָמָה (doping) זו, כלומר זיהום מכוון של החומר הפעיל ע”י הוספה של גורמים נוספים לשכבות הלא-מגנטיות של החומר המבודד במקור, חוקרים יכולים לכוונן את המגנטיות לקבלת הולכה חשמלית ומכאן – מוליכות-על.

צוות המדענים הבוחן את מוליכי-העל מבוססי-הברזל ניצל מתקן המאפשר להשתמש באלומות עוצמתיות של חלקיקים ניטרליים (נויטרונים) לבדיקת המבנה האטומי וההתנהגות המגנטית של החומר החדש. כאשר “הוקרנו” הנויטרונים לדגימה מבוססת-הברזל שסופקה ע”י מדענים מבייג'ינג, החוקרים גילו מגנטיות הדומה לזו הנמצאת במוליכי-על מבוססי-תחמוצת נחושת, כלומר, שכבות של מומנטים מגנטיים – כעין אוסף רב של “מוטות” מגנטיים – המופרדים באמצעות שכבות של חומר לא-מגנטי. החוקר הראשי טוען כי הדמיון המבני בין שני סוגי מוליכי-העל הללו לא יכול להיות מקרי. אחד ההיבטים המרגשים של מוליכי-על חדשים אלו הינו בעובדה כי הם משתייכים לקבוצה נרחבת של חומרים בהם מתאפשר מגוון גדול של חלופות כימיות. רב-גוניות זו כבר עכשיו פותחת אפיקי מחקר חדשים להבנת מקור מוליכות-העל, ותוכל גם, בעתיד הקרוב, לאפשר תכנון מסחרי של התקנים אלקטרוניים.

להודעה של החוקרים