Nowe epoka nadprzewodników na bazie żelaza
Po odkryciu w 2008 r. nadprzewodników w materiałach opartych na żelazie uczeni zyskali drugą klasę materiałów przejawiających makroskopowe zjawisko kwantowe, jakim jest nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe. Wydawało się, że droga do nadprzewodnictwa w temperaturze pokojowej stanęła otworem, dzięki możliwości porównania ich ze słynnymi nadprzewodnikami miedzianowymi. W ramach finansowanego ze środków UE projektu SUPER-IRON (Exploring the potential of iron-based superconductors) naukowcy europejscy i japońscy opracowali plan działań na rzecz wykorzystania FeSC w zastosowaniach energetycznych. FeSC wydają się mieć kilka cech, takich jak mniejsza podatność na defekty transmisji prądu wzdłuż granic ziarna, dzięki którym są lepsze niż konwencjonalne nadprzewodniki wysokotemperaturowe. Dużą część prac poświęcono przygotowaniu FeSC jako monokryształów, polikryształów, drutów i cienkich warstw. Prace nad monokryształami doprowadziły do optymalizacji technik syntezy form polikrystalicznych o ulepszonych właściwościach nadprzewodzących. Badacze poczynili znaczne postępy w wytwarzaniu drutów i cienkich warstw, uzyskując najciekawsze wyniki na podłożach z fluorku wapnia (CaF2). Zespół SUPER-IRON potwierdził niezwykłe możliwości dostrajania właściwości nadprzewodzących cienkich warstw chalkogenków żelaza Fe(Te, Se) na CaF2 poprzez precyzyjnie kontrolowane domieszkowanie oraz poprzez wprowadzanie defektów przy pomocy napromieniowania neutronowego. Uzyskano także pierwsze druty nadprzewodzące na bazie arsenku żelaza, posługując się metodą "power-in-tube". Poznanie zachowania materiałów na granicach ziaren ma kluczowe znaczenie dla ich zastosowania w układach mocy. Stosując zarówno metody doświadczalne, jak i teoretyczne, badacze uzyskali kilka ważnych wyników. Cienkie warstwy dwukrystaliczne wytworzone na różnych podłożach przejawiały sprzęganie międzyziarnowe w większym stopniu niż półprzewodniki miedzianowe oraz przekroczyły wszystkie kryteria oceny dotyczące zastosowań mocy. Badania zapoczątkowane w ramach projektu SUPER-IRON będą kontynuowane z wykorzystaniem opracowanych narzędzi teoretycznych, umożliwiających prognozowanie właściwości nadprzewodzących w różnych materiałach. Naukowcy mają nadzieję, że uda im się uzyskać nowe informacje na temat tworzenia się par elektronów i przewodzenia przez nie elektryczności bez dyssypacji, a następnie zastosować tę wiedzę do nadprzewodników miedzianowych. Badania doświadczalne i modele teoretyczne powinny umożliwić uzyskanie odpowiedzi na pytania dotyczące konwencjonalnych wysokotemperaturowych nadprzewodników miedzianowych. SUPER-IRON był projektem badawczym, co oznacza, że nie zakładano natychmiastowego wykorzystania jego wyników w praktyce, jednak udało się przygotować grunt pod opracowanie w przyszłości planu działań związanych z wykorzystaniem FeSC w zastosowaniach energetycznych.
Słowa kluczowe
Nadprzewodniki na bazie żelaza, nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe, półprzewodniki miedzianowe, zastosowania energetyczne
