Китайские ученые создали новый класс высокотемпературных сверхпроводников
Работа, опубликованная в журнале Nature, сообщает о важном шаге в физике материалов: исследователи из Южного университета науки и технологий совместно с коллегами из Китайского университета науки и технологий получили никелевые сверхпроводники, работающие при температурах до 63 К, 50 К и 46 К при атмосферном давлении. Ранее такие системы требовали высокого давления для достижения аналогичных эффектов.
Речь идет о никелатах — соединениях на основе никеля, которые ученые рассматривают как возможный новый тип высокотемпературных сверхпроводников. До этого открытия основное внимание было сосредоточено на двух больших группах таких материалов — медных купратах и железосодержащих соединениях. Появление никелатов важно тем, что они могут указывать на третий независимый механизм возникновения сверхпроводимости, а значит — расширяют список рабочих моделей для поиска материалов без электрического сопротивления.
Как удалось повысить температуру перехода
Главный результат связан с двухслойной структурой никелевого материала, в которой температура сверхпроводящего перехода была увеличена с 45 K (−228.15 °C) до 63 K (−210.15 °C). Также были синтезированы две искусственные конфигу
Для этого использовалась эпитаксия атомных слоев в условиях сильного окисления — метод, позволяющий «собирать» материал атом за атомом, контролируя его структуру с высокой точностью. Такой подход особенно важен для никеля, поскольку его высокие степени окисления обычно делают материал нестабильным и трудным для получения в нужной фазе.
В результате удалось получить тонкие, но высококачественные пленки оксида никеля с заданными электронными характеристиками.
Электронная структура и подтверждение сверхпроводимости
Дополнительный анализ проводился с использованием спектроскопии фотоэмиссии с угловым разрешением. Он показал наличие выраженной электронной зонной структуры вблизи уровня Ферми — ключевой области, определяющей поведение электронов в материале.
Такая структура рассматривается как косвенное подтверждение механизма сверхпроводимости и указывает на связь между атомной конфигурацией и коллективным поведением электронов.
Исследователи подчеркивают, что их результаты помогают связать три уровня описания: атомную структуру, электронную динамику и макроскопическое явление сверхпроводимости.
Никелаты и «сверхпроводящий купол»
Важное значение для физики материалов
Сверхпроводники позволяют передавать электрический ток без сопротивления, но большинство известных материалов требуют либо сверхнизких температур, либо высокого давления. Переход к системам, работающим при более практичных условиях, считается критическим для технологий будущего.
Высокотемпературные сверхпроводники нужны там, где критичны потери энергии и мощные магнитные поля: в электросетях для более эффективной передачи электричества без нагрева, в медицине (МРТ) и научных ускорителях для создания сильных магнитов, в термоядерных установках для удержания плазмы, в магнитных поездах для стабильной левитации, а также в ряде чувствительных измерительных приборов и некоторых квантовых вычислительных схемах, где важны минимальные энергетические потери и высокая стабильность сигналов.
Несмотря на прогресс, физический механизм сверхпроводимости в никелатах пока не установлен окончательно. Ученые продолжают сравнивать их с медными и железными аналогами, чтобы понять, является ли наблюдаемое поведение частью единой физической модели или результатом разных процессов, приводящих к схожему эффекту.
