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Jul 13, 2023

Pesquisadores da Japan Tokai University encontraram um supercondutor de temperatura ambiente com temperatura crítica próxima ao ponto de fusão do estanho

Pesquisadores da Universidade Tokai criaram materiais obtidos trazendo

Pesquisadores da Universidade de Tokai criaram materiais obtidos pelo contato de n-alcanos com grafite, capazes de conduzir eletricidade com quase nenhuma perda de energia à temperatura ambiente. Eles relatam que o salto repentino na resistência mostrando uma transição de fase é observado nos materiais durante o aquecimento pela medição de resistência de duas sondas. As temperaturas críticas medidas dos materiais que consistem em fibras de grafite baseadas em piche e n-alcanos com 7-16 átomos de carbono variam de 363,08 a 504,24 K (231 Celsius) e as larguras de transição variam entre 0,15 e 3,01 K. Eles também demonstram que os supercondutores com temperaturas críticas acima de 504 K (231 Celsius) são obtidos por alcanos com 16 ou mais átomos de carbono.

Pontos de fusão em Celsius

Em 1986, um supercondutor de cuprato (sistema Ba-La-Cu-O) com uma temperatura crítica que ultrapassa o limite BCS (~30 K) foi descoberto e, em seguida, um supercondutor de cuprato (sistema Y-Ba-Cu-O) com um temperatura crítica superior a 77 K foi descoberta. Além disso, um cuprato baseado em Hg com uma temperatura crítica de 133 K foi encontrado. O 133 K ainda é a temperatura crítica mais alta dos supercondutores convencionais sob pressão atmosférica

Eles encontraram um possível material supercondutor à temperatura ambiente obtido ao colocar os alcanos em contato com os materiais de grafite. Mostramos que a corrente do anel em um recipiente em forma de anel no qual flocos finos de grafite embebidos em n-octano foram comprimidos não decaiu por 50 dias à temperatura ambiente, sugerindo que o material é capaz de conduzir eletricidade sem perda de energia à temperatura ambiente.

Mas as temperaturas críticas desses materiais não foram medidas. Portanto, neste estudo, eles tentam medir a temperatura crítica do supercondutor de temperatura ambiente obtido colocando alcano em contato com material de grafite. No entanto, como o material a ser medido acima mencionado é um material não homogêneo, o método de quatro sondas não pode ser aplicado à medição de sua resistência. A razão é que existe a possibilidade de que o caminho da corrente de medição não passe necessariamente por um terminal de medição de tensão em materiais não homogêneos e, portanto, mesmo que a diferença de potencial entre os dois terminais de medição de tensão se torne zero, isso não significa necessariamente que o resistência torna-se zero.

Assim, a medição de resistência usando o método de quatro sondas para materiais não homogêneos causa mal-entendidos. A transição do estado normal para o supercondutor ou do estado supercondutor para o estado normal de condução é acompanhada por uma mudança abrupta na resistência. Embora o resultado obtido pela medição de resistência usando o método de duas sondas inclua a resistência de contato, o salto súbito na resistência na temperatura crítica pode ser discriminado pelo método de duas sondas.

Foi confirmado que a mistura obtida colocando o alcano em contato com o material de grafite tem resistência quase nula à temperatura ambiente. Se a mistura obtida colocando o alcano em contato com o material de grafite for gradualmente aquecida a partir da temperatura ambiente, quando atingir a temperatura crítica, a resistência da mistura aumentará repentinamente. Neste estudo, as temperaturas críticas de misturas constituídas por materiais de grafite e alcanos são medidas pelo método de duas sondas.

Nesta pesquisa, uma fibra de grafite baseada em pitch foi usada como material de grafite. A amostra para medição de temperatura crítica foi preparada empacotando a fibra de grafite em um tubo de politetrafluoretileno (PTFE) e, em seguida, injetando alcano no tubo com uma seringa. Como a fibra de grafite baseada em pitch é quebradiça, a fibra às vezes é quebrada em pedaços ao embalá-la no tubo de PTFE. Portanto, a resistência das fibras de grafite compactadas antes da injeção de alcano no tubo de PTFE tem uma ampla gama de valores.

Eles observaram um aumento acentuado na resistência da mistura de fibras de grafite e alcanos inseridos no tubo de PTFE durante o aquecimento, usando as medições de resistência de duas sondas. Esta observação mostra que ocorreu uma transição de fase do estado supercondutor para o estado condutor normal na mistura de fibras de grafite e n-alcano. Em outras palavras, isso indica que a mistura de fibras de grafite e n-alcano empacotada no tubo de PTFE permanece supercondutora até que sua resistência aumente rapidamente, e a temperatura na qual a resistência aumenta repentinamente é a temperatura crítica. Eles notaram que, quando as fibras de grafite baseadas em piche são embaladas no tubo de PTFE, elas podem ser quebradas em pedaços, dependendo de como são embaladas no tubo. Quanto mais finas as fibras de grafite se romperem, maior será a resistência da amostra antes de injetar o alcano no tubo de PTFE embalado com a fibra de grafite. A partir da relação entre a quantidade de mudança na resistência na transição de fase e a temperatura crítica, eles descobriram que a temperatura crítica diminui à medida que a fibra é finamente dividida. Ou seja, a temperatura crítica diminui, à medida que a proporção da superfície do plano basal para a superfície do plano da aresta diminui. Este fato sugere que o plano basal desempenha um papel importante na supercondutividade. Além disso, descobrimos que quanto maior o número de carbonos do alcano, ou seja, quanto maior o ponto de ebulição do alcano, maior a temperatura crítica. Eles demonstraram que supercondutores com temperaturas críticas superiores a 500 K podem ser obtidos usando n-alcanos com 16 ou mais átomos de carbono.