Naukowcy z Uniwersytetu Cornella opracowali innowacyjną, jednoetapową metodę druku 3D, która umożliwia wytwarzanie nadprzewodników o rekordowej sile magnetycznej. Ta technologia, łącząca chemię polimerów z wytwarzaniem addytywnym, otwiera nowe możliwości dla rozwoju zaawansowanych technologii, takich jak komputery kwantowe i systemy obrazowania medycznego.
Kluczowym osiągnięciem jest rekordowe pole magnetyczne azoteku niobu (niobium nitride), które dzięki nowej technice wynosi od 40 do 50 Tesli. Jest to najwyższa wartość kiedykolwiek odnotowana dla tego materiału, kluczowa dla jego funkcjonowania w środowiskach o ekstremalnie silnym polu magnetycznym. Profesor Ulrich Wiesner, kierownik projektu, podkreślił istnienie bezpośredniej korelacji między masą molową użytych polimerów a finalną wydajnością nadprzewodzącą – związek, który wcześniej nie został udokumentowany.
Prace te stanowią kulminację niemal dekady badań, rozpoczynając się od demonstracji w 2016 roku, że kopolimery blokowe mogą samoczynnie tworzyć struktury sprzyjające formowaniu nadprzewodników. Obecny proces stanowi kolejny jakościowy skok, wykorzystując system "jednego garnka", który omija liczne etapy typowe dla tradycyjnego druku 3D materiałów porowatych. Nowa technika organizuje materiały nadprzewodzące na trzech poziomach: sieci krystalicznych na poziomie atomowym, sieci mezostrukturalne kierowane samoczynnym układaniem się kopolimerów oraz makroskopowe sieci tworzone bezpośrednio przez druk 3D.
Proces rozpoczyna się od "tuszu" złożonego z kopolimerów i nanocząstek, który samoczynnie się układa podczas drukowania. Kolejne obróbki termiczne przekształcają materiał w porowaty nadprzewodnik krystaliczny o niespotykanych właściwościach. Ta porowata architektura zapewnia rekordową wewnętrzną powierzchnię dla kompozytowych nadprzewodników, co jest idealną cechą do opracowywania nowych materiałów kwantowych. Naukowcy aktywnie testują inne związki, takie jak azotek tytanu, dążąc do uzyskania trójwymiarowych struktur trudnych do osiągnięcia metodami konwencjonalnymi.
Przełom ten, opublikowany w "Nature Communications", jest wynikiem interdyscyplinarnej współpracy zespołu chemików, fizyków i materiałoznawców. Według profesora Weisnera, nowa metodologia może utorować drogę dla generacji nadprzewodników o dostosowanych właściwościach, produkowanych prościej i bardziej skalowalnie niż dotychczas. Zastosowania nadprzewodników są szerokie, obejmując systemy MRI, akceleratory cząstek, pociągi lewitujące magnetycznie oraz potencjalnie transformację sieci energetycznych poprzez kable nadprzewodzące, które minimalizują straty energii podczas przesyłu na duże odległości. Badania te, wspierane między innymi przez Air Force Research Laboratory, wskazują na przyszłość, w której złożone nadprzewodniki mogą być tworzone z większą precyzją i efektywnością.