Прорыв в физике: создан сверхпроводник, работающий без экстремального давления

Мир физики переживает новый этап в изучении сверхпроводимости. Учёным Стэнфордского университета и Национальной ускорительной лаборатории SLAC удалось создать сверхпроводники, которые работают при комнатном давлении. Это открытие может кардинально изменить подход к разработке и применению материалов с нулевым электрическим сопротивлением, которое раньше требовало либо крайне низких температур, либо экстремального давления.

Что такое сверхпроводимость и почему это важно?

Сверхпроводимость — это состояние материала, при котором он проводит электричество без сопротивления. В этом состоянии электрический ток может течь бесконечно долго, что открывает огромные перспективы для технологий:
• Энергосбережение: потери энергии в линиях электропередач сводятся к нулю.
• Магнитные левитаторы: сверхпроводники используются для создания поездов на магнитной подушке.
• Медицинские технологии: например, в системах МРТ и других высокоточных приборах.

До этого времени сверхпроводимость обычно достигалась либо при крайне низких температурах (близких к абсолютному нулю), либо при очень высоком давлении — условиях, которые трудно поддерживать в промышленных масштабах.

В чём суть нового открытия?

Команда исследователей под руководством Гарольда Хванга, директора Стэнфордского института материалов и энергетических наук (SIMES), разработала новый метод выращивания сверхпроводников. В отличие от прежних подходов, требующих экстремального давления, их технология позволяет создавать сверхпроводники при комнатном давлении.

Основные детали открытия:
1. Материал исследования — никелаты, химически схожие с купратами, ранее изучаемыми сверхпроводниками.
2. Методика — вместо использования алмазных наковалендля создания давления, учёные применили тонкие плёнки, выращенные на специальных подложках. Эти подложки создают боковое сжатие, которое перестраивает атомную структуру никелатов в процессе роста.

Какие результаты достигнуты?

Исследователи зафиксировали, что температура перехода материала в сверхпроводящее состояние варьировалась от -247°C до -231°C в зависимости от степени сжатия. Хотя это всё ещё очень низкие температуры, важно, что для достижения сверхпроводимости не требуется экстремального давления, что значительно упрощает дальнейшие исследования и практическое применение.

Однако есть ограничения:
• Дефекты в структуре никелатов и соотношение атомов кислорода пока не позволяют достичь полного состояния нулевого сопротивления при этих температурах. Истинная сверхпроводимость наблюдалась только при -271°C.

Что это значит для будущих исследований?

Открытие снимает одно из главных ограничений в изучении сверхпроводимости — необходимость работы с материалами под высоким давлением. Теперь, когда никелаты стабильны при комнатном давлении, учёные смогут использовать передовые методы исследования, такие как:
• Рентгеновское рассеяние для изучения структуры материалов.
• Спектроскопические методы для анализа электронных свойств.

Какие перспективы у открытия?

В будущем исследователи планируют:
1. Улучшить кристаллическое качество материала, что поможет повысить стабильность сверхпроводимости.
2. Изучить стратегии легирования — добавление небольших количеств других элементов, чтобы изменить электронные свойства никелатов.
3. Повысить эффективность сверхпроводников, чтобы достичь стабильной сверхпроводимости при более высоких температурах.

Если эти усилия окажутся успешными, сверхпроводники могут быть интегрированы в энергетическую инфраструктуру, транспортные системы и новейшие технологии хранения данных.

Как это повлияет на повседневную жизнь?

Хотя открытие пока имеет значение в основном для научного сообщества, в будущем оно может привести к:
• Уменьшению потерь энергии в электрических сетях, что сделает электричество дешевле.
• Созданию более эффективных транспортных систем на магнитной подушке.
• Улучшению медицинских технологий, таких как магнитно-резонансная томография.


Создание сверхпроводников, работающих при комнатном давлении, — это важный шаг в развитии физики и материаловедения. Открытие команды Стэнфорда и SLAC открывает новые горизонты для практического применения сверхпроводимости, что в перспективе может изменить облик технологий будущего.

Фото: ИЗНАНКА.
Подписывайтесь и присылайте свои материалы в новостной телеграм-бот «Изнанки».