Duela gutxiko ikerketa berritzaile batek grafenoaren propietate bereziak erakutsi ditu supereroale ekonomikoak eta erabiltzeko praktikoak garatzeko.
Supereroalea erresistentziarik gabe elektrizitatea eroateko (transmititzeko) gai den materiala da . Erresistentzia hori prozesuan zehar gertatzen den energia -galera gisa definitzen da . Beraz, edozein material supereroale bihurtzen da elektrizitatea eroateko gai denean, " tenperatura " edo baldintza jakin horretan, beroa, soinua edo beste edozein energia mota askatu gabe. Supereroaleak % 100eko eraginkortasuna dute, baina material gehienek energia- egoera oso baxu batean egon behar dute supereroale bihurtzeko, hau da, oso hotzak egon behar dute. Supereroale gehienak helio likidoarekin hoztu behar dira -270 gradu Celsius inguruko tenperatura oso baxuraino. Beraz, edozein supereroale aplikazio normalean hozte kriogeniko/tenperatura baxuko motaren batekin lotzen da. Hozte-prozedura honek energia gehiegi behar du berez eta helio likidoa ez da oso garestia bakarrik, baita ez-berriztagarria ere. 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 altuko supereroale bat aurkitzea da , eszenatoki aproposa giro-tenperatura izanik. Hala ere, material berriagoak oraindik mugatuak dira eta oso zailak dira fabrikatzen. Eremu honetan etengabe ikasten ari gara tenperatura altuko supereroale hauek hartzen duten metodologia zehatzari buruz eta zientzialariek nola irits daitezkeen diseinu praktiko berri batera. Tenperatura altuko supereroaleen alderdi zailenetako bat da oso gaizki ulertzen ez dela zerk laguntzen dien benetan material bateko elektroiei parekatzen. Duela gutxiko ikerketa batean, lehen aldiz erakutsi da grafeno materialak berezko supereroaletasun-kalitatea duela eta benetan grafeno supereroale bat egin dezakegula materialaren egoera naturalean. Grafenoa, karbonoan oinarritutako material hutsa, 2004an aurkitu zen eta ezagutzen den material meheena da. Arina eta malgua ere bada, xafla bakoitza hexagono moduan antolatutako karbono atomoz osatuta dagoelarik. Altzairua baino sendoagoa dela ikusten da eta kobrearekin alderatuta askoz eroankortasun elektriko hobea adierazten du. Beraz, propietate itxaropentsu horiek guztiak dituen material multidimentsionala da.
Massachusetts Institute of Technology eta Harvard Unibertsitateko (AEB) fisikariek, zeinen lana Nature aldizkarian bi artikulutan 1,2 argitaratu den , jakinarazi dute grafeno materiala doitzeko gai direla bi muturreko portaera elektriko erakusteko: isolatzaile gisa, korronteari pasatzen uzten ez dion bitartean, eta supereroale gisa, korrontea erresistentziarik gabe pasatzen uzten duen bitartean. Bi grafeno xaflen "supersare" bat sortu zen elkarrekin pilatuta, 1.1 graduko "angelu magiko" batean apur bat biratuta. Gainjarritako ezti-orri hexagonalaren antolamendu berezi hau egin zen grafeno xafletako elektroien artean "elkarrekintza sendo korrelazionatuak" eragiteko. Eta hori gertatu zen, grafenoak elektrizitatea zero erresistentziarekin eroa baitezakeelako "angelu magiko" horretan, beste edozein pilaketa-antolamenduk grafenoa bereizirik mantentzen zuen bitartean eta ez zegoen elkarreraginik inguruko geruzekin. Grafenoak bere kabuz supereroakortasunerako berezko kalitatea har dezan modu bat erakutsi zuten. Hau hain garrantzitsua den arrazoia da talde berak lehenago grafeno supereroaleak sintetizatu zituelako grafenoa beste metal supereroale batzuekin kontaktuan jarriz, supereroaletasun-portaera batzuk heredatzeko aukera emanez, baina grafenoarekin bakarrik lortu ezin izan zuelako. Txosten berritzailea da hau, grafenoaren eroapen-gaitasunak denbora batez ezagunak baitira, baina lehen aldia da grafenoaren supereroankortasuna lortzen dela beste material batzuk aldatu edo gehitu gabe. Horrela, grafenoa erabil liteke transistore baten antzeko gailu bat egiteko zirkuitu supereroale batean, eta grafenoak adierazten duen supereroankortasuna funtzionalitate berritzaileak dituzten elektronika molekularreko gailuetan txertatu liteke.
Honek tenperatura altuko supereroaleei buruzko eztabaida guztietara garamatza berriro, eta sistema hau oraindik 1.7 gradu Celsius-era hoztu behar zen arren, grafenoa proiektu handietarako ekoiztea eta erabiltzea lor daitekeela dirudi orain, bere supereroankortasun ez-konbentzionala ikertuz. Ohiko supereroaleen aldean, grafenoaren jarduera ezin da supereroankortasunaren teoria nagusiaren bidez azaldu. Jarduera ez-konbentzional hori kuprato izeneko kobre oxido konplexuetan ikusi da, 133 gradu Celsius-era arteko elektrizitatea eroaten dutela ezagutzen dena, eta ikerketaren ardatz izan da hamarkada askotan zehar. Hala ere, kuprato hauek ez bezala, grafeno sistema pilatua nahiko sinplea da eta materiala ere hobeto ulertzen da. Orain bakarrik aurkitu da grafenoa supereroale puru gisa, baina materialak berak aurretik ezagutzen ziren gaitasun bikain asko ditu. Lan honek grafenoaren zeregin sendoagoa eta ingurumena errespetatzen duten eta energia- eraginkorragoak diren tenperatura altuko supereroaleen garapena errazten du, eta, batez ere, giro-tenperaturan funtzionatzen dutenak, hozte garestiaren beharra ezabatuz. Horrek energia-transmisioa, ikerketa-imanak, gailu medikoak, batez ere eskanerrak, irauli ditzake, eta gure etxeetan eta bulegoetan energia nola transmititzen den benetan eraldatu dezake.
***
Iturria (k)
1. Yuan C et al. 2018. Isolatzaileen portaera korrelazionatua erdi-betetzean angelu magikoko grafeno supersareetan. Nature. https://doi.org/10.1038/nature26154
2. Yuan C et al. 2018. Supereroankortasun ez-konbentzionala angelu magikoko grafeno supersareetan. Nature. https://doi.org/10.1038/nature26160
***
