La proprietà unica dei superconduttori di resistenza zero può rivoluzionare la trasmissione e il trasporto di potenza. Però, la maggior parte dei superconduttori convenzionali richiede il raffreddamento a temperature estremamente basse che possono essere raggiunte solo con elio liquido, un costoso liquido di raffreddamento. Gli scienziati dei materiali stanno ora studiando i superconduttori ad alta temperatura (HTS) che possono essere raffreddati a uno stato superconduttore utilizzando l'azoto liquido significativamente più economico, che ha una temperatura notevolmente più alta dell'elio liquido.

Attualmente, un potenziale materiale HTS per tale esplorazione è (RE)Ba ₂ Cu ₃ oh _sì , RE-123, dove RE sta per elementi delle terre rare come l'ittrio (Y), gadolinio (Gd), erbio (Er), neodimio (Nd), o europio (Eu). Questi materiali in forma monocristallina sono in grado di superare i vincoli fisici che indeboliscono la superconduttività, aprendo così le porte a una varietà di applicazioni ingegneristiche.

In un recente studio pubblicato su Giornale di leghe e composti , un team di scienziati dello Shibaura Institute of Technology, Giappone, guidato dal Prof. Muralidhar Miryala, un pioniere nell'area di HTS, sviluppato superconduttori bulk monocristallini in grado di intrappolare i campi magnetici al loro interno in modo simile a come i ferromagneti (ferro, nichel, cobalto) mantengono il campo magnetico. "Il campo intrappolato è uno dei parametri più rilevanti in molte applicazioni pratiche del bulk RE-123 ed è correlato al diametro del bulk, " spiega la prof.ssa Miryala.

Tra le diverse tecniche disponibili per fabbricare RE-123 sfuso, il team ha optato per una tecnica di crescita infiltrata (IG), in cui solido (RE)BaCuO ₅ (RE-211) reagisce con una fase liquida Ba-Cu-O per formare il superconduttore RE-123. La prof.ssa Miryala espone le motivazioni alla base del loro approccio:"La tecnica IG produce bulks RE-123 senza omogeneità, può essere eseguito in aria, e scalato fino a livelli industriali. Inoltre, fornisce un terreno fertile per esplorare sistemi di elementi RE ternari, che non sono stati studiati fino ad ora."

Recentemente, il team ha studiato il ternario (Gd _0,33 sì _0,33-x Er _0,33+x )-123 sistema sfuso, ottimizzando la sua composizione sintonizzando il rapporto di Y ed Er nel precursore 211 (in particolare, x =0, 0,05, 0,1, 0,15, e 0,2). Il team ha caratterizzato le fasi superconduttive nei campioni utilizzando la diffrazione dei raggi X e ha misurato il campo intrappolato e la temperatura di transizione superconduttiva (T _C ). Finalmente, hanno effettuato analisi microstrutturali e chimiche utilizzando il microscopio elettronico a scansione a emissione di campo (FESEM) e la spettroscopia a raggi X a dispersione di energia (EDX).

L'XRD ha dimostrato la natura monocristallina dei bulk RE-123, con T _C valori nell'intervallo (91,5-92) K, che erano significativamente al di sopra del punto di ebollizione dell'azoto liquido (77K), e il campo intrappolato più alto di 0,53 tesla è stato osservato in (Gd _0,33 sì _0.13 Er _0,53 )-123 (x=0.2). FESEM e EDX identificati finemente dispersi (Gd, si, Er) -211 particelle in tutti i campioni, con una distribuzione dei precipitati ricchi di Er per x=0.2, il campione che ha anche mostrato le migliori prestazioni superconduttive.

"I risultati del nostro studio forniscono un'idea di come implementare una produzione a basso costo di alte prestazioni (Gd, si, Er)BCO bulk per applicazioni reali come levitazione magnetica, cuscinetto superconduttore, accumulatore di energia del volano, risonanza magnetica, motori rotanti, consegna di farmaci e purificazione dell'acqua, "dice la prof.ssa Miryala.