Nou avenç en el creixement ultraràpid de capes superconductores amb altes prestacions

22/01/2020

Els materials superconductors són aquells que no ofereixen resistència elèctrica al pas de corrent. Perquè puguin ser econòmicament viables i competitius en el mercat actual, és important poder-los fabricar a gran escala, a baix cost, amb un procediment respectuós amb el medi ambient, i aconseguint unes grans prestacions.

El procés de síntesi ha d’estar molt ben controlat, ja que perquè un material es comporti com un superconductor ha de tenir una estructura molt ben definida, i hi ha molts factors que la poden modificar (temperatura, pressió, composició...). Aconseguir un bon mètode que permeti la producció del material en continu, i la seva aplicació a camps magnètics elevats, és un dels reptes més importants en aquest sector.

Ara, el grup de recerca en Materials Superconductors (SUMAN) de l’Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC), liderat per la Prof. Teresa Puig, en col·laboració amb els investigadors Ramon Yàñez i Natalia Chamorro del Departament de Química de la UAB, juntament amb investigadors de la Universitat de Girona i del Sincrotró SOLEIL, ha aconseguit produir capes superconductores mitjançant un procés que permet un creixement ultraràpid de les capes superconductores  de YBCO (òxid de coure, bari i itri) de manera controlada. Les capes superconductores creixen a una velocitat de 100 nm/s en un procés simplificat, totalment escalable i de baix cost.

“Hem aconseguit un procés fins a 100 vegades més ràpid que els processos existents actualment” afirma la Prof. Teresa Puig, investigadora principal del projecte del Consell Europeu de Recerca (ERC) Advanced ULTRASUPERTAPE, on s’emmarca aquest estudi. “El nou procés representa un avenç i un punt d’inflexió en la síntesi de capes superconductores” continua Puig.

És un procés molt més simplificat, que utilitza precursors respectuosos amb el medi ambient, ja que no contenen fluor, en comparació amb els mètodes estàndards de deposició de solucions químiques. A més, es passa per una fase líquida transitòria que permet, en les condicions de pressió i temperatura adequades, el creixement ultraràpid de la capa superconductora, amb l’estructura i composició desitjada.

L’estudi, publicat a la revista científica Nature Communications, inclou la difracció de raigs X en sincrotró in situ i la microscòpia electrònica d’alta resolució, que han permès entendre el procés de creixement de les capes superconductores i estudiar-ne l’estructura. “Les mesures de sincrotró in situ, mentre té lloc el creixement, han sigut crucials pel coneixement del procés i per veure que el creixement és, efectivament, ultraràpid” afirma Puig.

A més, “per primera vegada s’ha pogut demostrar que es poden incorporar nanopartícules a l’estructura del superconductor per formar els nanocompostos superconductors i mantenir el creixement a 100 nm/s” indica Puig. Aquests nanocompostos són indispensables perquè el material segueixi sent superconductor i pugui transportar altes densitats de corrent en aplicacions que requereixen camps magnètics elevats, com per exemple en el camp de les energies renovables (generadors eòlics, reactors de fusió), transport (aviació elèctrica), o en imants per aplicacions en física d’altes energies (acceleradors de partícules).

La Prof. Teresa Puig ha obtingut recentment un projecte ERC Proof-of-Concept per estudiar la viabilitat industrial i tecnològica d’aquest procés, que permetria produir capes superconductores a gran escala d’interès per les aplicacions mencionades, d’una manera econòmicament viable.

Article de referència:

L. Soler, J. Jareño, J. Banchewski, S. Rasi, N. Chamorro, R. Guzman, R. Yáñez, C. Mocuta, S. Ricart, J. Farjas, P. Roura-Grabulosa, X. Obradors, T. Puig. Ultrafast transient liquid assisted growth of high corrent density superconducting films. Nature Communications. Published: 17 Jan 2020.