18.10.2019

Удалось поднять верхнюю планку температуры существования сверхпроводников

Международная исследовательская группа, в числе участников которой — учёные из Чикагского университета (The University of Chicago), зарегистрировала электрическую сверхпроводимость на температуре такой высоты, на какой этот эффект никогда ранее не наблюдали.

Используя передовые технологии, доступные в Аргоннской национальной лаборатории (Argonne National Laboratory), входящей в комплекс Чикагского университета, команда изучила определённый класс материалов — учёные наблюдали в них сверхпроводимость при температуре около -23 °C, а это — скачок, примерно, на 50 °C по сравнению с тем, что было зафиксировано ранее.

Хотя эффект сверхпроводимости наблюдался при чрезвычайно высоком давлении, полученный результат — это всё же шаг вперёд по направлению создания сверхпроводимости при комнатной температуре. Это важно, так как в будущем может открыть возможность разработки новых передовых технологий. Результаты опубликованы 23 мая в журнале Nature. Авторы статьи — Виталий Пракапенка (Vitali Prakapenka) и Эран Гринберг (Eran Greenberg), исследователи из Чикагского университета.

Точно так же, как некоторые материалы обладают лучшей проводимостью, чем другие, некоторые виды материалов лучше становятся сверхпроводящими. Сверхпроводимость — это состояние, определяемое двумя основными свойствами: материал должен обладать нулевым сопротивлением и полностью вытеснять из своего объёма магнитные поля. Потенциальные возможности применения сверхпроводящих материалов столь же обширны, сколь и захватывающи: можно будет создавать электрические провода, на которых мы бы не теряли мощность из-за сопротивления; проектировать чрезвычайно быстрые суперкомпьютеры; строить поезда на магнитной подушке.

Учёным ранее удавалось создать такие материалы только при их охлаждении до чрезвычайно низких температур. В первых опытах сверхпроводимость достигалась при -240 °C, а по результатам недавних исследований этот порог удалось повысить до -73 °C. Поскольку такое охлаждение требует существенных затрат, это накладывает существенные ограничения на практическое применение технологии.

В результате недавних теоретических наработок был открыт новый класс сверхпроводящих гидридов, который потенциально мог стать подспорьем в деле получения высокотемпературной сверхпроводимости. Исследователи из Института химии общества Макса Планка (нем. Max-Planck-Institut fur Chemie) в Германии объединились с учёными из Чикагского университета для получения одного из этих материалов — супергидрида лантана (LaH₁₀),— а также для определения его структуры и проверки сверхпроводящих свойств.

Материал потребовалось поместить под чрезвычайно высокое давление — от 150 до 170 гигапаскалей, что более чем в полтора миллиона раз превышает атмосферное давление, и только в этих условиях крошечный образец материала размером всего в несколько микрон демонстрировал сверхпроводимость на новой рекордно высокой температуре.

Фактически, материал показал три из четырёх характеристик, необходимых для доказательства сверхпроводимости: он потерял электрическое сопротивление, снизил критическую температуру под воздействием внешнего магнитного поля и менял температуру, когда некоторые элементы были заменены различными изотопами. Четвёртая характеристика, называемая эффектом Мейснера — сверхпроводящий материал должен вытеснять из своего объёма магнитные поля — не была обнаружена. Исследователи считают, что причина в том, что количество испытываемого материала настолько мало, что эффект не удалось зарегистрировать.

В ходе эксперимента, чтобы оказать необходимое давление, исследователи из Центра передовых радиационных источников (Center for Advanced Radiation Sources) Чикагского университета сжимали образец материала между двумя крошечными алмазами. Затем, чтобы исследовать структуру и состав материала, использовались ультраяркие, высокоэнергетические рентгеновские лучи, синтезированные Усовершенствованным источником фотонов (Advanced Photon Source), находящимся в Аргоннской национальной лаборатории.

Поскольку температуры, используемые для проведения эксперимента, находятся в пределах нормального диапазона для многих мест планеты Земля, то, возможно, в будущем можно будет добиться сверхпроводимости и при комнатной температуре — или, по крайней мере, при нуле градусов.

Команда продолжает работать в данном направлении. Они ищут новые материалы, которые могли бы проявить свойство сверхпроводимости в более достижимых условиях — например, при меньшем давлении и при более высокой температуре.

Александра «Renoire» Алексеева

Источники:

1. 22century.ru
2. m.phys.org