Azken ikerketa berritzaileak erakutsi ditu grafeno materialaren propietate bereziak epe luzerako supereroale ekonomikoak eta praktikoak garatzeko aukera izateko.
A supereroalea eraman (transmititu) dezakeen materiala da elektrizitatea erresistentziarik gabe. Erresistentzia hau galera batzuk bezala definitzen da energia prozesuan zehar gertatzen dena. Beraz, edozein material supereroale bihurtzen da elektrizitatea eroateko gai denean, zehatz horretan.tenperatura'edo baldintza, bero, soinu edo beste edozein energia-mota askatu gabe. Supereroaleak ehuneko 100 eraginkorrak dira, baina material gehienek oso baxuan egon behar dute energia egoera supereroale bihurtzeko, hau da, oso hotzak izan behar dira. Supereroale gehienak helio likidoarekin hoztu behar dira -270 gradu Celsius inguruko tenperatura oso baxuraino. Beraz, edozein aplikazio supereroale oro har, hozte kriogeniko/tenperatura baxu aktibo edo pasibo batekin lotzen da. Hozteko prozedura honek berez gehiegizko energia behar du eta helio likidoa oso garestia izateaz gain, berriztaezina ere bada. Hori dela eta, ohiko edo “tenperatura baxuko” supereroale gehienak ez dira eraginkorrak, mugak dituzte, ez dira ekonomikoak, garestiak eta ez dira praktikoak eskala handiko erabilerarako.
Tenperatura handiko supereroaleak
Supereroaleen eremuak jauzi handia eman zuen 1980ko hamarkadaren erdialdean -238 gradu Celsius-tan supereroale kobre oxidoaren konposatu bat aurkitu zenean. Hau oraindik hotza da, baina helio likidoaren tenperatura baino askoz epelagoa. Hau inoiz aurkitutako lehen "tenperatura altuko supereroale" (HTC) bezala ezagutzen zen, Nobel saria irabazi zuen, nahiz eta "altua" zentzu erlatibo handiago batean bakarrik izan. Hori dela eta, zientzialariei bururatu zitzaien, azkenean, funtzionatzen duten supereroaleak aurkitzean zentratu zitezkeela, demagun nitrogeno likidoarekin (-196° C), asko eskuragarri dagoela eta merkea dela gainera. Tenperatura altuko supereroaleek eremu magnetiko oso altuak behar diren aplikazioak ere badituzte. Beren tenperatura baxuko kideek 23 tesla inguruan lan egiten uzten dute (tesla eremu magnetikoaren indarraren unitatea da), beraz, ezin dira erabili iman indartsuagoak egiteko. Baina tenperatura altuko material supereroaleek eremu horren bikoitza baino gehiagotan lan egin dezakete, eta ziurrenik are handiagoan. Supereroaleek eremu magnetiko handiak sortzen dituztenez, ezinbesteko osagaiak dira eskaner eta tren lebitagarrietan. Esaterako, gaur egungo MRI (erresonantzia magnetikoko irudia) kalitate hori erabiltzen duen teknika bat da, gorputzeko materialak, gaixotasunak eta molekula konplexuak aztertu eta aztertzeko. Beste aplikazio batzuk elektrizitatea sare-eskalan biltegiratzea dira, energia-eraginkortasuneko linea elektrikoak izateagatik (adibidez, kable supereroaleek tamaina bereko kobrezko hariak baino 10 aldiz potentzia handiagoa eman dezakete), energia eolikoa sorgailuak eta superordenagailuak ere. Biltegiratzeko gai diren gailuak. milioi urterako energia sor daiteke supereroaleekin.
Gaur egungo tenperatura altuko supereroaleek beren mugak eta erronkak dituzte. Oso garestia izateaz gain, hozte-gailu bat behar dutelako, supereroale hauek material hauskorrez eginda daude eta ez dira moldatzen errazak eta, beraz, ezin dira erabili hari elektrikoak egiteko. Materiala ere kimikoki ezegonkorra izan daiteke zenbait ingurunetan eta oso sentikorra izan daiteke atmosferako eta uraren ezpurutasunekiko eta, beraz, orokorrean sartu behar da. Orduan, material supereroaleek eraman dezaketen korronte maximoa baino ez dago eta korronte dentsitate kritiko baten gainetik, supereroankortasuna apurtzen da korrontea mugatuz. Kostu handiak eta praktikotasunik ezak supereroale onen erabilera oztopatzen ari dira, batez ere garapen bidean dauden herrialdeetan. Ingeniariek, beren irudimenean, benetan nahi lukete supereroale leun, moldagarria eta ferromagnetiko bat, ezpurutasunekiko edo aplikatutako korronte eta eremu magnetikoekiko iragazgaitza dena. Gehiegi eskatzeko!
Grafenoa izan liteke!
Supereroale arrakastatsu baten irizpide nagusia tenperatura altua aurkitzea da supereroalear, eszenatoki ideala giro-tenperatura izanik. Hala ere, material berriak oraindik mugatuak dira eta oso zaila da egiteko. Alor honetan etengabeko ikaskuntza dago tenperatura altuko supereroale hauek hartzen duten metodologia zehatzari buruz eta zientzialariek praktikoa den diseinu berri batera nola iritsi litekeen. Tenperatura altuko supereroaleen alderdi zailetako bat da oso gaizki ulertzen dela zerk benetan laguntzen duen material bateko elektroiak parekatzen. Azken ikerketa batean lehen aldiz erakutsi da materiala grafenoa berezko supereroale kalitatea du eta benetan grafenozko supereroale bat egin dezakegu materialaren berezko egoeran. Grafenoa, karbono hutsean oinarritutako materiala, 2004an bakarrik aurkitu zen eta ezagutzen den material meheena da. Gainera, arina eta malgua da karbono-atomoz osatutako xafla bakoitza hexagonalki antolatuta. Altzairua baino indartsuagoa dela ikusten da eta kobrearekin alderatuta askoz eroankortasun elektriko hobea adierazten du. Beraz, propietate itxaropentsu horiek guztiak dituen dimentsio anitzeko materiala da.
Massachusettseko Teknologia Institutuko eta Harvardeko Unibertsitateko (AEB) fisikariak, haien lana bi artikulutan argitaratuta1,2 in Nature, jakinarazi dute material grafenoa sintonizatzeko gai direla muturreko bi portaera elektriko erakusteko: korronterik pasatzen uzten ez duen isolatzaile gisa eta korrontea inolako erresistentziarik gabe igarotzen uzten duen supereroale gisa. Bi grafeno xaflez osatutako "supersarea" bat sortu zen elkarrekin pilatuta 1.1 graduko "angelu magiko" batean biratuta. Hexagonal abaraska ereduaren antolamendu berezi hau grafeno-xafletako elektroien artean "oso erlazionaturiko elkarrekintzak" sor zezaten egin zen. Eta hori gertatu zen grafenoa "angelu magiko" horretan zero erresistentziaz eroan zezakeelako elektrizitatea, beste edozein antolamendu pilatutako beste edozein antolamendu grafenoa bereizten zuen eta aldameneko geruzekin ez zegoen interakziorik. Grafenoak berezko kalitatea super jokabiderako bere kabuz har dezan modu bat erakutsi zuten. Hori oso garrantzitsua den zergatik da, talde berak aldez aurretik grafeno supereroaleak sintetizatu zituelako, grafenoa beste metal supereroale batzuekin kontaktuan jarriz, jokabide supereroale batzuk heredatu ahal izateko, baina ezin izan zituen grafenoarekin bakarrik lortu. Txosten berritzailea da, grafenoaren gaitasun eroaleak aspalditik ezagutzen direlako baina lehen aldia da grafenoaren supereroankortasuna lortzen dena, beste material batzuk aldatu edo gehitu gabe. Horrela, grafenoa transistore antzeko bat egiteko erabil liteke. gailua zirkuitu supereroale batean eta grafenoak adierazten duen supereroankortasuna funtzionalitate berriak dituzten elektronika molekularreko gailuetan sar liteke.
Horrek tenperatura altuko supereroaleei buruzko eztabaida guztietara itzultzen gaitu eta sistema hau oraindik 1.7 gradu Celsius-ra hoztu behar bazen ere, grafenoa ekoitzi eta proiektu handietarako erabiltzea lor daitekeela dirudi orain bere supereroankortasun ez-konbentzionala ikertuz. Ohiko supereroaleek ez bezala, grafenoaren jarduera ezin da supereroankortasunaren teoria nagusiaren bidez azaldu. Ezohiko jarduera hori kuprato izeneko kobre oxido konplexuetan ikusi da, elektrizitatea 133 gradu Celsius-ra arte eroaten dutela jakina, eta ikerketaren ardatza izan da hainbat hamarkadatan zehar. Nahiz eta, kuprato hauek ez bezala, grafeno sistema pilatua nahiko erraza den eta materiala ere hobeto ulertzen da. Orain bakarrik aurkitu da grafenoa supereroale huts gisa, baina materialak berez lehen ezagutzen diren gaitasun nabarmen asko ditu. Lan honek grafenoaren eginkizun sendoagorako eta ingurumena errespetatzen duten tenperatura altuko supereroaleen garapenerako bidea irekitzen du. energia eraginkorra eta garrantzitsuena giro-tenperaturan funtzionatzea, hozte garestiaren beharra ezabatuz. Horrek energia-transmisioa, ikerketa-imanak, gailu medikoak batez ere eskanerrak iraul ditzake eta gure etxeetan eta bulegoetan energia nola transmititzen den berrikusi dezake.
***
{Jatorrizko ikerketa-lana irakur dezakezu behean aipatzen den DOI estekan aipaturiko iturrien zerrendan}
Iturria (k)
1. Yuan C et al. 2018. Isolatzaileen portaera korrelazionatua angelu magikoko grafeno-sareak erdi betetzean. Natura. https://doi.org/10.1038/nature26154
2. Yuan C et al. 2018. Ezohiko supereroankortasuna angelu magikoko grafeno-sareetan. Natura. https://doi.org/10.1038/nature26160
