Průlom ve výzkumu supravodičů: Magnetické 'superčočky' odhalují tajemství superhydridů pro budoucí energetiku

Mezinárodní tým vědců, včetně expertů z Helmholtzova centra Drážďany-Rossendorf (HZDR), dosáhl významného metodologického průlomu ve studiu superhydridů, slibné třídy supravodičů.

Mezinárodní tým vědců, včetně expertů z Helmholtzova centra Drážďany-Rossendorf (HZDR), dosáhl významného metodologického průlomu ve studiu superhydridů, slibné třídy supravodičů. Poprvé se jim podařilo analyzovat superhydridy lanthanu pod extrémním tlakem pomocí nukleární magnetické rezonance (NMR) – techniky, která poskytuje přímý vhled do atomárních vlastností materiálů.

Supravodiče jsou materiály, které pod určitou kritickou teplotou vedou elektrický proud bez jakýchkoli ztrát. Většina známých supravodičů vyžaduje složité chlazení na teploty pod -133 °C. Superhydridy jsou však výjimečné; pod extrémním tlakem, srovnatelným s tlakem uvnitř planet (přesahujícím milion atmosfér), vykazují supravodivost blízko pokojové teploty a drží tak světový rekord v nejvyšší kritické přechodové teplotě. Pochopení jejich atomárních vlastností je zásadní pro vývoj nových, energeticky účinných technologií.

Klíčem k úspěchu bylo použití takzvaných Lenzových čoček – mikrostrukturovaných vodivých prstencových prvků, které dokázaly přesně zaostřit a zesílit vysokofrekvenční pole potřebná pro NMR spektroskopii v miniaturním objemu vzorku. Vzorky byly stlačeny v diamantových kovadlinových komůrkách. Výzvou byla mikroskopická velikost vzorků, menší než průměr lidského vlasu, což vyžadovalo extrémní experimentální přesnost. Lenzovy čočky umožnily zaostřit vysokofrekvenční pole na plochu pouhých desítek mikrometrů a zesílit signál natolik, že bylo možné získat smysluplná NMR data. Tato měření poskytují přímý vhled do atomárních vlastností materiálů.

Výzkum navázal na předchozí práce, kde tým zkoumal materiály pomocí pulzních vysokopólových magnetů, měřením elektrického odporu, což slouží jako zátěžový test pro supravodiče. Kombinace obou přístupů – NMR pod vysokým tlakem a měření odporu v silných magnetických polích – poskytuje komplexní obraz fyzikálních vlastností těchto materiálů. Dlouhodobým cílem vědců je lépe porozumět fyzikálním mechanismům supravodivosti v materiálech bohatých na vodík a tím podpořit budoucí vývoj nových materiálů pro energeticky účinné technologie. Spolupráce s experty na vysoký tlak z Centra pro pokročilý výzkum vědy a technologie vysokého tlaku (HPSTAR) v Pekingu byla pro projekt klíčová.