Учёные добились сверхпроводимости при нормальном давлении и рекордной температуре –122°C
Исследователи из Хьюстонского университета достигли сверхпроводимости при нормальном атмосферном давлении и температуре перехода 151 К (–122°C). Это новый рекорд для сверхпроводимости при обычном давлении, и добиться его удалось благодаря технике закалки давлением – того же метода, который используется для создания искусственных алмазов. Впрочем, до заветной цели – сверхпроводимости при комнатной температуре – остаётся ещё около 140 градусов.
Сверхпроводимость – состояние, при котором материал полностью теряет электрическое сопротивление и отталкивает магнитные поля. Достичь этого состояния можно при очень низких температурах и/или экстремально высоком давлении, но для практического применения необходимо научиться получать его в обычных "комнатных" условиях.
Главная сложность в том, что сверхпроводимость опирается на хрупкие электронные пары, которые разрушаются при повышении температуры.
Высокое давление способно усилить взаимодействие между электронами, сжимая материал и изменяя его электронную структуру, что повышает критическую температуру (Tc) – порог, при котором сопротивление исчезает.
Однако улучшенные свойства обычно существуют только под экстремальным давлением, и при его снятии материал возвращается в обычное состояние, теряя сверхпроводимость.
Команда Хьюстонского университета под руководством Чин-Ву Чу и Лянцзы Дэн работала с купратным сверхпроводником на основе ртути, известным как Hg1223. Этот материал известен высокими температурами перехода – ещё в 1993 году он достиг сверхпроводимости при 133 К (–140°C) в условиях нормального давления, и этот рекорд держался более 30 лет. Новое исследование подняло планку на 18 К.
Ключевую роль в прорыве сыграла техника закалки давлением. Сначала материал подвергается интенсивному давлению для улучшения электронных свойств и повышения Tc. Затем, пока давление сохраняется, образец охлаждается до определённой температуры, после чего давление резко снимается.
Такая последовательность действий позволяет "зафиксировать" состояние материала, достигнутое под давлением, и сохранить улучшенные сверхпроводящие свойства уже при нормальных условиях.
Сама по себе сверхпроводимость, достигаемая с помощью давления – хорошо изученное явление. Однако сохранение этих свойств после снятия давления до сих пор оставалось серьёзной проблемой, что делает нынешнюю демонстрацию особенно значимой.
Дополнительное преимущество работы при нормальном давлении – упрощение экспериментов. Материалы, стабильные в обычных условиях, можно исследовать с помощью широко доступного лабораторного оборудования, что ускоряет как фундаментальные исследования, так и прикладные разработки.
Сверхпроводники потенциально применимы в самых разных областях – от энергетики и медицины до высокопроизводительной электроники.
Среди перспективных направлений – термоядерные энергетические установки, магнитно-резонансная томография и другие системы, которые выиграют от работы с нулевым сопротивлением, но не могут использовать экстремальные методы охлаждения вроде жидкого азота.
Об авторе
