Los investigadores de la Universidad Estatal de Florida han descubierto una forma novedosa de mejorar el rendimiento de los cables eléctricos utilizados como superconductores de alta temperatura (HTS), hallazgos que tienen el potencial de impulsar una nueva generación de aceleradores de partículas.

Una imagen de Bi-2212, alambres superconductores basados ​​en bismuto. (Mark Wallheiser / FAMU-FSU College of Engineering) Los investigadores utilizaron microscopía electrónica de barrido de alta resolución para comprender cómo los métodos de procesamiento influyen en los granos en cables superconductores basados ​​en bismuto (conocidos como Bi-2212). Esos granos forman las estructuras subyacentes de superconductores de alta temperatura, y los científicos que vieron los granos Bi-2212 a escala atómica optimizaron con éxito su alineación en un proceso que hace que el material sea más eficiente para transportar una corriente superconductora, o supercorriente. Su trabajo fue publicado en la revista Ciencia y tecnología de superconductores.

Los investigadores encontraron que los granos individuales tienen una forma rectangular larga, con su lado más largo apuntando a lo largo del mismo eje que el alambre, lo que se conoce como textura biaxial. Están dispuestos en un patrón circular siguiendo el camino del cable, de modo que la orientación solo es aparente a muy pequeña escala. Esas dos propiedades juntas dan a los granos Bi-2212 una textura cuasi-biaxial, que resultó ser una configuración ideal para flujo supercorriente.

"Al comprender cómo optimizar la estructura de estos granos, podemos fabricar los cables redondos HTS que transportan corrientes más altas de la manera más eficiente, "dijo Abiola Temidayo Oloye, un candidato a doctorado en la Facultad de Ingeniería FAMU-FSU, investigador del Laboratorio Nacional de Alto Campo Magnético (MagLab) y autor principal del artículo.

Superconductores a diferencia de los conductores convencionales como el cobre, puede transportar electricidad con perfecta eficiencia porque los electrones no encuentran fricción mientras viajan en el cable superconductor. Los cables Bi-2212 pertenecen a una nueva generación de superconductores de alto campo para la construcción de imanes superconductores, que son herramientas cruciales para la investigación científica en laboratorios de todo el mundo, incluido el Laboratorio Nacional de Alto Campo Magnético donde el equipo de investigadores llevó a cabo sus experimentos.

Los superconductores de alta temperatura como Bi-2212 pueden conducir corriente a campos magnéticos mucho más altos que los superconductores de baja temperatura (LTS) y son una parte clave de los diseños de aceleradores de partículas aún más potentes en el Gran Colisionador de Hadrones de la Organización Europea para la Investigación Nuclear. (CERN).

"Optimizamos los cables redondos Bi-2212 para transportar más corriente, teniendo en cuenta la diferencia de escala entre el laboratorio y el fabricante, "El proceso que desarrollamos en el laboratorio tiene que escalar al nivel de fabricación para que la tecnología sea comercialmente viable", dijo Oloye. "Logramos hacerlo en el estudio".

Trabajo anterior realizado por Fumitake Kametani, profesor asociado de ingeniería mecánica en la Facultad de Ingeniería FAMU-FSU, Investigador de MagLab, e investigador principal del estudio, mostró la importancia de la textura cuasi-biaxial en alambres redondos Bi-2212 para corrientes. Este artículo continuó la premisa y demostró los factores necesarios para lograr una textura cuasi-biaxial óptima.

"La caracterización microestructural utilizada es única en el análisis de la estructura cristalina de los alambres redondos Bi-2212, ", Dijo Kametani." La técnica se utiliza generalmente para analizar metales y aleaciones, y lo hemos adaptado para desarrollar métodos novedosos de preparación de muestras para promover la optimización de las tecnologías de alambre Bi-2212 HTS ".

El objetivo general es poder utilizar cables redondos Bi-2212 en futuras aplicaciones de imanes de alto campo.

"Dado que es el único superconductor de alta temperatura disponible en forma de alambre redondo, el material puede reemplazar más fácilmente las tecnologías existentes utilizando cables LTS hechos de otros materiales, "Oloye dijo." Otros HTS como REBCO y Bi-2223 solo están disponibles en forma de cinta, lo que añade una capa de complejidad al diseño de imanes ".