Superconductor คุณภาพสูงจากเหล็ก (Fe) ในราคาถูก

วัสดุสำหรับ Superconductor นั้นจะมีความต้านทานทางไฟฟ้าเป็นศูนย์ที่อุณหภูมิต่ำ ทำให้เหนี่ยวนำ Supercurrent โดยไม่กระจายตัว นักวิจัยจาก Nagoya University ได้พัฒนาวัสดุ Superconductor ที่ขยายการผลิตได้ง่ายโดยใช้เทคนิคทางวิศวกรรมที่เรียกว่า Grain Boundary Engineering โดยวิธีใหม่นี้สามารถช่วยพัฒนา Superconductor ที่แข็งแรงยิ่งกว่าเดิม มีราคาไม่แพง และทำงานได้ในอุณหภูมิสูงด้วยเทคโนโลยีที่สร้างผลกระทบที่ใหญ่ต่อเทคโนโลยีอื่น ๆ

กุญแจสำคัญที่ทำให้การเหนี่ยวนำไม่กระจายตัวออกไปใน Superconductor มาจากสนามแม่เหล็กที่มีคุณสมบัติที่เรียกว่า Pinning Potential ซึ่งจะเป็นตัวอธิบายว่าจุดบกพร่องใน Superconducting Matrix ปักอยู่กับกระแสวนในแรง Lorentz Force การควบคุมโครงสร้างแบบไมโครของวัสดุจะช่วยให้ข้อบกพร่องที่มีนั้นก่อรูปร่าง Artificial Pinning Centers (APCs) ได้อย่างระมัดระวัง ทำให้ยกระดับคุณสมบัติที่มีได้ วิธีที่นิยมใช้กัน คือ เหล็กอาบรังสี แต่ทว่ามันมีทั้งความซับซ้อนและราคาสูง

การทำมุมระหว่างเม็ดเกรนของวัสดุนั้นมีน้อยกว่ามุมวิกฤติ จะเรียกมุมนี้ว่า Low-angle Grain Boundary (LAGB) ซึ่งทำให้เกิด Magnetic Flux Pinning ที่จะเพิ่มคุณสมบัติ Superconductor ให้ดียิ่งขึ้น โดย Iron (Fe)-based Superconductors (FBS) นั้นถูกจัดว่าเป็นเทคโนโลยี Superconductor รุ่นต่อไป

ทีมวิจัยได้ทำให้เกิด FBS ที่มีชื่อว่า Potassium (k)-doped BaFe₂As₂ (Ba122) ด้วยเทคนิค Molecular Beam Epitaxy ซึ่ง Superconductor จะเติบโตบนพื้นผิว จากนั้นจึงสร้างลักษณะเฉพาะตัวของ FBS ด้วยการถ่ายโอน Electron Microscopy และพบว่าฟิล์มที่เกิดขึ้นนั้นประกอบด้วยเกรนเม็ดเล็ก ๆ ขนาดประมาณ 30 – 60 นาโนเมตร โดยเกรนเหล่านี้จะหมุนไปมารอบ ๆ แกนของผลึก (Crystallographic Priciple Axes) ในมุมควบคู่กับ Ba122 และกลายเป็นเครือข่าย LAGB

ทีมทดลองได้วัดค่าการต้านทานไฟฟ้าบนฟิล์มและคุณสมบัติทางแม่เหล็ก พบว่ามีกระแสผ่านได้สูง เครือข่าย LAGB ทำให้มีประสิทธิภาพที่โดดเด่นอย่างมากในการใช้งานกับวัสดุ

ที่มา:
En.nagoya-u.ac.jp