Z wielką przyjemnością informujemy, że projekt badawczy dr hab. Rafała Idczaka pt. „Nadprzewodnictwo w stopach o wysokiej entropii (HEA)” uzyskał finansowanie w konkursie Narodowego Centrum Nauki OPUS 20 (panel ST5; Nauki ścisłe i techniczne; Materiały).
Opis projektu:
Nadprzewodnictwem nazywamy stan zerowej rezystancji niektórych materiałów, któremu towarzyszy efekt wypychania pola magnetycznego na zewnątrz materiału nadprzewodnika. Stan taki osiągany jest w odpowiednio niskich temperaturach, po przekroczeniu pewnej temperatury krytycznej Tc. Zjawisko nadprzewodnictwa zostało odkryte przez holenderskiego fizyka Heike Kamerlingha Onnesa, który w roku 1911 prowadził badania nad właściwościami rtęci w niskich temperaturach (dla rtęci Tc ≈ -269°C). Od tego momentu badania dotyczące nadprzewodnictwa w różnych materiałach przyniosły wiele spektakularnych odkryć naukowych za co przyznano kilka nagród Nobla.
Projekt badawczy dr Idczaka dotyczy badań nadprzewodnictwa stopach o wysokiej entropii (HEA – z ang. high-entropy alloys). HEA są nowym typem materiałów o wyjątkowej mikrostrukturze i właściwościach. Stopy te składają się z pięciu lub więcej składników o zbliżonym stężeniu molowym. Wysoka entropia konfiguracyjna związana z obecnością różnych rodzajów pierwiastków hamuje tworzenie się kruchych faz międzymetalicznych i promuje nieuporządkowane wieloskładnikowe roztwory stałe, które posiadają bardzo unikalne właściwości. Przeprowadzone dotychczas badania wskazują, że HEA charakteryzują się wysoką wytrzymałością porównywalną jedynie z niektórymi ceramikami lub szkłami metalicznymi, bardzo wysoką odpornością na kruche pękanie przekraczającą możliwości większości czystych metali i standardowych stopów oraz odpornością na korozję. W roku 2014 odkryto pierwszy nadprzewodnik HEA. Po kilku latach intensywnych badań wydaje się, że nadprzewodnictwo w HEA różni się znacząco o tego obserwowanego w innych nadprzewodnikach takich jak niektóre pierwiastki, konwencjonalne lub amorficzne stopy, ceramiki tlenkowe lub nadprzewodniki na bazie żelaza. Z tego też powodu, nadprzewodniki HEA można traktować jako odrębną klasę materiałów nadprzewodzących która to powinna być przedmiotem aktywnych badań eksperymentalnych i teoretycznych.
Jako główne cele tego projektu można wymienić:
- Syntezę poznanych już nadprzewodników HEA za pomocą alternatywnej metody jaką jest mechaniczne stapiania. Dotychczas wszystkie nadprzewodniki HEA zostały uzyskane za pomocą wysokotemperaturowego stapiania w piecu łukowym.
- Zrozumienie wpływu obecności defektów strukturalnych na własności nadprzewodzące uzyskanych HEA. Jak wykazały ostatnie badania przeprowadzone na znacznie prostszym nadprzewodniku, obecność defektów prowadzi do zmiany rodzaju nadprzewodnictwa w czystym tantalu.
- Syntezę nowych nadprzewodników HEA zawierających atomy uranu, toru oraz lantanowców. W 2020 roku, pierwszy taki nadprzewodnik zawierający uran został odkryty przez grupę badawczą z Florida State University.
- Stworzenie metody obliczeniowej pozwalającej na poszukiwanie nowych nadprzewodników HEA. Obecnie większość tego typu materiałów jest odkrywane metodą prób i błędów.
Projekt będzie realizowany przez nowo powstałą grupę badawczą, która będzie miała wyjątkową możliwość znacznego poszerzenia naszej wiedzy i zrozumienia nadprzewodników HEA, co powinno mieć duży wpływ na rozwój fizyki ciała stałego jak również nauki o materiałach. Jednocześnie, opracowanie nowej metody syntezy, wprowadzanie dużych ilości defektów strukturalnych a także odkrycie nowych nadprzewodników HEA z U, Th oraz lantanowcami może skutkować otrzymaniem materiałów nadprzewodzących o znacznie lepszych parametrach nadprzewodzących np. wyższa temperatura krytyczna Tc, wyższe górne pole krytyczne Hc2, czy też wyższą gęstość prądu krytycznego jc. Tego typu nowe HEA mogą znaleźć szerokie zastosowanie w przemyśle, szczególnie w produkcji magnesów nadprzewodzących, które obecnie w głównej mierze są konstruowane z NbTi i Nb3Sn. Dodatkowo, stworzenie metody obliczeniowej pozwalającej na poszukiwanie nowych nadprzewodników HEA przyczyniłoby się do znacznego obniżenia kosztów oraz skrócenia czasu potrzebnego w tego typu poszukiwaniach.
Projekt będzie realizowany przez dwa podmioty: Uniwersytet Wrocławski oraz Instytut Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych im. Włodzimierza Trzebiatowskiego Polskiej Akademii Nauk.
Środki przyznane na realizację projektu wynoszą 1,821,220 PLN
Opracowanie (na podstawie opisu projektu):
Joanna Molenda-Żakowicz
Pełnomocnik Dziekana ds. promocji i kontaktów z mediami
