Pesquisadores da Florida State University descobriram uma nova maneira de melhorar o desempenho dos fios elétricos usados ​​como supercondutores de alta temperatura (HTS), descobertas que têm o potencial de alimentar uma nova geração de aceleradores de partículas.

Uma imagem de Bi-2212, fios supercondutores à base de bismuto. (Mark Wallheiser / FAMU-FSU College of Engineering) Os pesquisadores usaram microscopia eletrônica de varredura de alta resolução para entender como os métodos de processamento influenciam os grãos em fios supercondutores à base de bismuto (conhecidos como Bi-2212). Esses grãos formam as estruturas subjacentes de supercondutores de alta temperatura, e os cientistas vendo os grãos Bi-2212 em escala atômica otimizaram com sucesso seu alinhamento em um processo que torna o material mais eficiente para transportar uma corrente supercondutora, ou supercorrente. Seu trabalho foi publicado na revista Ciência e tecnologia de supercondutores.

Os pesquisadores descobriram que os grãos individuais têm uma forma retangular longa, com seu lado mais longo apontando ao longo do mesmo eixo do fio - uma textura chamada biaxial. Eles são dispostos em um padrão circular seguindo o caminho do fio, de modo que a orientação só é aparente em uma escala muito pequena. Essas duas propriedades juntas dão aos grãos Bi-2212 uma textura quase biaxial, que acabou sendo uma configuração ideal para fluxo de supercorrente.

“Ao entender como otimizar a estrutura desses grãos, podemos fabricar os fios redondos HTS que transportam correntes mais altas da maneira mais eficiente, "disse Abiola Temidayo Oloye, candidato a doutorado na Faculdade de Engenharia FAMU-FSU, pesquisador do National High Magnetic Field Laboratory (MagLab) e principal autor do artigo.

Supercondutores, ao contrário de condutores convencionais, como cobre, pode transportar eletricidade com eficiência perfeita porque os elétrons não encontram atrito enquanto viajam no fio supercondutor. Os fios Bi-2212 pertencem a uma nova geração de supercondutores de alto campo para a construção de ímãs supercondutores, que são ferramentas cruciais para a pesquisa científica em laboratórios de todo o mundo, incluindo o Laboratório Nacional de Alto Campo Magnético, onde a equipe de pesquisadores conduziu seus experimentos.

Supercondutores de alta temperatura como Bi-2212 podem conduzir corrente em campos magnéticos muito mais elevados do que supercondutores de baixa temperatura (LTS) e são uma parte fundamental dos projetos para aceleradores de partículas ainda mais poderosos no Grande Colisor de Hádrons da Organização Europeia para Pesquisa Nuclear (CERN).

"Otimizamos os fios redondos Bi-2212 para transportar mais corrente, tendo em mente a diferença de escala entre o laboratório e o fabricante, "Oloye disse." O processo que desenvolvemos no laboratório tem que ser escalado até o nível de fabricação para que a tecnologia seja comercialmente viável e fomos capazes de fazer isso no estudo. "

Trabalho anterior realizado por Fumitake Kametani, professor associado de engenharia mecânica na FAMU-FSU College of Engineering, Pesquisador do MagLab, e investigador principal do estudo, mostraram a importância da textura quase-biaxial em fios redondos Bi-2212 para correntes. Este artigo continuou a premissa e demonstrou os fatores necessários para atingir a textura quase biaxial ideal.

"A caracterização microestrutural usada é única na análise da estrutura cristalina de fios redondos Bi-2212, "Kametani disse." A técnica é geralmente usada para analisar metais e ligas, e nós o adaptamos para desenvolver novos métodos de preparação de amostras para promover a otimização das tecnologias de fios Bi-2212 HTS. "

O objetivo geral é poder usar fios redondos Bi-2212 em futuras aplicações de ímã de alto campo.

"Uma vez que é o único supercondutor de alta temperatura disponível na forma de fio redondo, o material pode substituir mais facilmente as tecnologias existentes usando fios LTS feitos de outros materiais, "Oloye disse." Outros HTS, como REBCO e Bi-2223, estão disponíveis apenas em formato de fita, o que adiciona uma camada de complexidade ao design do ímã. "