Jak odkryć nadprzewodniki?

  • Dr hab. inż. Tomasz Klimczuk z Wydziału Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej PG pokieruje zespołem, który proponuje nowe drogi odkrywania materiałów nadprzewodzących. Na ten cel udało się uzyskać finansowanie w wysokości blisko 385,5 tys. zł z programu HARMONIA. Wniosek złożony przez naukowca z PG zajął pierwsze miejsce na liście rankingowej (panel ST).

     

    – Wszystko co nowe jest bardziej interesujące niż to co już wiemy. Jeśli staniemy w miejscu i nie będziemy szukali nowych związków i materiałów, to z całą pewnością nie będzie postępu technologicznego – mówi dr hab. inż. Tomasz Klimczuk, prof. PG z Katedry Fizyki Ciała Stałego. – Szukamy nowych nadprzewodników, bo są po prostu potrzebne. Świat czeka na to, żeby zamienić „druty”, które każdy z nas ma w domu, nowymi niepowodującymi strat prądu.

    Nadprzewodniki to materiały, które trzeba intensywnie chłodzić (ciekłym helem lub ciekłym azotem), ponieważ dopiero poniżej tzw. temperatury krytycznej nie wykazują one oporu elektrycznego. Oznacza to, że prąd elektryczny powstały w pętli wytworzonej z takiego materiału będzie płynął bez strat dopóki pętla ta będzie pozostawać poniżej temperatury krytycznej. Obecnie nadprzewodniki wykorzystywane są np. w urządzeniach medycznych do obrazowania magnetycznego.

    Materiały nadprzewodzące można odkrywać w różny sposób, najbardziej znana jest droga eliminacji polegająca na testowaniu i modyfikowaniu dużej liczby istniejących związków. 

    – W ten sposób, w trakcie stażu podoktorskiego w laboratorium na Princeton University, prowadząc syntezę blisko dwóch tysięcy próbek udało mi się odkryć swój pierwszy naprawdę ciekawy, bo egzotyczny nadprzewodnik. W sumie jestem współodkrywcą pięciu nadprzewodników. Chociaż nie znalazły one zastosowania praktycznego (ich temperatura krytyczna jest zbyt niska), mam nadzieję, że dołożyliśmy cegiełkę do lepszego zrozumienia zjawiska nadprzewodnictwa – mówi kierownik projektu.

    Zespół dr. Klimczuka, w skład którego wchodzą chemik ciała stałego prof. Robert Cava z Princeton University oraz krystalografka i chemik ciała stałego prof. Weiwei  Xie z Louisiana State University, planuje opracowanie dwóch nowych metod odkrywania nadprzewodników. Badacze mieli już okazję razem pracować, są m.in.współautorami wysoko punktowanych publikacji naukowych.

    – Zauważyliśmy, że klastry glinu powodują stabilizację nadprzewodnictwa. Chcemy iść tą drogą, dlatego w projekcie opracujemy sposób syntezy nowych, bardziej złożonych związków na bazie atomów glinu. To pierwsza metoda, jaką proponujemy – wyjaśnia Klimczuk.

    Druga droga będzie polegać na tym, że naukowcy zajmą się wytwarzaniem nowych materiałów, które występują w strukturze antyperowskitu. Szereg bardzo ważnych nadprzewodników krystalizuje w strukturze tego typu.

    – Antyperowskit to typ struktury krystalicznej, w której najmniejszy klocek materii (komórka elementarna) ma postać sześcianu. W narożach sześcianu znajdują się duże atomy jednego typu, na ścianach nieznacznie mniejsze atomy innego typu i wreszcie w centrum powstaje maleńka luka, która może być zapełniona węglem, borem lub azotem. Jesteśmy przekonani, że wiele tych związków wciąż czeka na odkrycie – tłumaczy dr Klimczuk.

    Związki będą typowane i syntetyzowane na PG na podstawie nieskomplikowanych obliczeń, tzw. współczynnika dopasowania. Naukowcy są przekonani, że część z proponowanych związków uda się otrzymać podczas syntezy w warunkach podwyższonego ciśnienia. Tego typu synteza będzie prowadzona na Princeton University. Dokładne badania krystalograficzne zostaną wykonane na Louisiana State University.

    Projekt rozpocznie się wiosną br. i potrwa dwa lata.

    ***

    Do konkursu HARMONIA, realizowanego przez Narodowe Centrum Nauki, można było zgłaszać projekty badawcze, przeznaczone do realizacji w ramach współpracy międzynarodowej. Współpraca ta polegać zarówno na bezpośredniej kooperacji z zagraniczną instytucją naukową, udziale w dwu- lub wielostronnych programach międzynarodowych, jak i na wykorzystaniu przez polskie zespoły wielkich międzynarodowych urządzeń badawczych. Do ósmej edycji konkursu zgłoszono 196 projektów, z których 51 otrzyma finansowanie o łącznej wysokości ponad 40 mln zł.

     

    Na zdjęciu: dr hab. inż. Tomasz Klimczuk (trzeci od lewej) ze studentami, fot. Piotr Niklas