Физики побили рекорд высокотемпературной сверхпроводимости при нормальном давлении

Физики установили рекорд высокотемпературной сверхпроводимости при атмосферном давлении, преодолев достижение, продержавшееся несколько десятилетий. О том, как этого удалось добиться, они рассказали на страницах Proceedings of the National Academy of Sciences.

Исследователи из Техасского центра сверхпроводимости (TcSUH) и факультета физики Хьюстонского университета довели температуру перехода Tc до 151 Кельвина (около −122 °C). Для нормального давления это максимум с момента открытия сверхпроводимости в 1911 году.

«При передаче электроэнергии по сетям теряется около 8%. Сохранение этой энергии сэкономит миллиарды долларов, не говоря уже о сокращении трудозатрат и снижении нагрузки на окружающую среду», — объясняет профессор Пол Чин-Ву Чу, основатель TcSUH и старший автор статьи.

Сверхпроводники позволяют электричеству течь без сопротивления, что делает их ценными для модернизации электросетей, создания передовых систем медицинской визуализации, реализации технологий управляемого термоядерного синтеза и разработки более быстрой электроники. Сверхпроводимость, однако, требует охлаждения до экстремально низких температур.

«Как только мы получаем материал, работающий при атмосферном давлении, он становится гораздо доступнее для изучения: ученые могут использовать всю мощь современного хорошо развитого инструментария, чтобы исследовать его и развивать технологии для эксплуатации в обычных условиях», — говорит ведущий исследователь TcSUH Лянцзы Дэн, первый автор статьи.

В 1987 году Чу и его коллеги получили оксид иттрия-бария-меди YBCO — материал, переходящий в сверхпроводящее состояние при температуре −180 °C. Это открытие положило начало мировой гонке за создание высокотемпературных сверхпроводников.

Вскоре после этого, в 1993-м, была открыта керамика на основе оксида меди с ртутью Hg1223 с Tc −140 °C, и до сих пор этот уровень оставался непревзойденным.

Прогресс стал возможным благодаря «закалке давлением» — новому подходу для сверхпроводников, хотя в других областях, например, при производстве искусственных алмазов, он применяется давно. Суть метода в следующем: сначала материал подвергают интенсивному сжатию, чтобы усилить его сверхпроводящие свойства. Затем образец сильно охлаждают, не снимая усилий, и по достижении определенной температуры давление резко сбрасывают, «фиксируя» улучшенные сверхпроводящие свойства. Применяя этот способ, ученые смогли сохранить повышенный Tc даже после снятия давления, то есть материал остается стабильным в обычных условиях.

«Другие исследователи показали, что достичь сверхпроводимости при комнатной температуре можно под давлением. Наш метод демонстрирует, что это состояние можно сохранить и без поддержания давления», — доволен Чу.

Хотя главной целью по-прежнему остается сверхпроводимость при комнатной температуре (около 300 К) и атмосферном давлении, новый рекорд — это важный шаг вперед и значимое событие в мире физики сверхпроводников.

«Это открытие обладает огромным потенциалом. Уверены, что если достаточное количество ученых будут работать над этим направлением и дать им на это время, мы сможем реализовать этот потенциал в полной мере», — подытожил профессор.