Abiola Temidayo Oloye, la gauche, doctorant en cinquième année et auteur principal d'une étude publiée dans Superconductor Science and Technology, au microscope électronique avec Fumitake Kametani, professeur agrégé de génie mécanique et chercheur principal pour l'étude au FAMU-FSU College of Engineering. Crédit : Mark Wallheiser/FAMU-FSU College of Engineering
Des chercheurs de la Florida State University ont découvert une nouvelle façon d'améliorer les performances des fils électriques utilisés comme supraconducteurs à haute température (HTS), des découvertes susceptibles d'alimenter une nouvelle génération d'accélérateurs de particules.
Une image de Bi-2212, fils supraconducteurs à base de bismuth. (Mark Wallheiser/FAMU-FSU College of Engineering) Les chercheurs ont utilisé la microscopie électronique à balayage à haute résolution pour comprendre comment les méthodes de traitement influencent les grains dans les fils supraconducteurs à base de bismuth (connus sous le nom de Bi-2212). Ces grains forment les structures sous-jacentes des supraconducteurs à haute température, et les scientifiques observant les grains de Bi-2212 à l'échelle atomique ont optimisé avec succès leur alignement dans un processus qui rend le matériau plus efficace pour transporter un courant supraconducteur, ou supercourant. Leurs travaux ont été publiés dans la revue Science et technologie des supraconducteurs.
Les chercheurs ont découvert que les grains individuels ont une longue forme rectangulaire, avec leur côté le plus long pointant le long du même axe que le fil - une texture dite biaxiale. Ils sont disposés selon un motif circulaire suivant le chemin du fil, de sorte que l'orientation n'est apparente qu'à très petite échelle. Ces deux propriétés ensemble donnent aux grains de Bi-2212 une texture quasi-biaxiale, ce qui s'est avéré être une configuration idéale pour le flux de supercourant.
« En comprenant comment optimiser la structure de ces grains, nous pouvons fabriquer les fils ronds HTS qui transportent des courants plus élevés de la manière la plus efficace, " a déclaré Abiola Temidayo Oloye, un doctorant à la faculté d'ingénierie FAMU-FSU, chercheur au National High Magnetic Field Laboratory (MagLab) et auteur principal de l'article.
supraconducteurs, contrairement aux conducteurs conventionnels comme le cuivre, peut transporter l'électricité avec une efficacité parfaite car les électrons ne rencontrent aucun frottement lorsqu'ils voyagent dans le fil supraconducteur. Les fils Bi-2212 appartiennent à une nouvelle génération de supraconducteurs à haut champ pour la construction d'aimants supraconducteurs, qui sont des outils essentiels pour la recherche scientifique dans les laboratoires du monde entier, dont le National High Magnetic Field Laboratory où l'équipe de chercheurs a mené ses expériences.
Une image de Bi-2212, fils supraconducteurs à base de bismuth. Crédit : Mark Wallheiser/FAMU-FSU College of Engineering
Les supraconducteurs à haute température comme le Bi-2212 peuvent conduire le courant à des champs magnétiques beaucoup plus élevés que les supraconducteurs à basse température (LTS) et sont un élément clé de la conception d'accélérateurs de particules encore plus puissants au Grand collisionneur de hadrons de l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN).
"Nous avons optimisé les fils ronds Bi-2212 pour transporter plus de courant, tout en gardant à l'esprit la différence d'échelle entre le laboratoire et le fabricant, " a déclaré Oloye. " Le processus que nous développons en laboratoire doit évoluer au niveau de la fabrication pour que la technologie soit commercialement viable et nous avons pu le faire dans l'étude. "
Travaux antérieurs réalisés par Fumitake Kametani, professeur agrégé de génie mécanique au FAMU-FSU College of Engineering, Chercheur MagLab, et chercheur principal de l'étude, ont montré l'importance de la texture quasi-biaxiale dans les fils ronds Bi-2212 pour les courants. Cet article a continué la prémisse et a démontré les facteurs nécessaires pour obtenir une texture quasi-biaxiale optimale.
"La caractérisation microstructurale utilisée est unique dans l'analyse de la structure cristalline des fils ronds Bi-2212, " a déclaré Kametani. " La technique est généralement utilisée pour analyser les métaux et les alliages, et nous l'avons adapté pour développer de nouvelles méthodes de préparation d'échantillons afin de poursuivre l'optimisation des technologies de fil Bi-2212 HTS. »
L'objectif global est de pouvoir utiliser des fils ronds Bi-2212 dans les futures applications d'aimants à champ élevé.
"Comme c'est le seul supraconducteur à haute température disponible sous forme de fil rond, le matériau peut plus facilement remplacer les technologies existantes en utilisant des fils LTS fabriqués à partir d'autres matériaux, " a déclaré Oloye. " D'autres HTS tels que REBCO et Bi-2223 ne sont disponibles que sous forme de bande, ce qui ajoute une couche de complexité à la conception de l'aimant."
