Новый философский камень: физики намерены превратить золото в сверхпроводник

Еще недавно сверхпроводимость вызывала в большей степени научный интерес и была скорее чем-то из области научной фантастики. Теперь же это явление, когда ток течет в проводнике, не встречая никакого сопротивления, получило вполне прикладное значение — сверхпроводники широко используются для построения квантовых компьютеров.

Одни металлы легко становятся сверхпроводниками — достаточно лишь охладить их до очень низкой температуры, другие вообще не могут ими быть. Что делает металл сверхпроводящим — все еще остается открытым вопросом в фундаментальной физике.

Профессор физфака Миланского университета Алессио Дзакконе посвятил этой теме статью в Physical Review Materials под названием: «Могут ли благородные металлы быть сверхпроводниками?»

Его подход основан на влиянии толщины пленки металла на его свойства. Основной принцип заключается в том, что в тонкой пластине могут существовать только те электронные волны, длина которых не превышает размер образца в определенном направлении распространения.

Проще говоря, максимальная длина волны, перпендикулярной пластине, примерно равна ее толщине, а параллельная волна может быть любой длины.

Вооружившись экспериментальными данными из литературы, физик проверил эту задумку со своим бывшим студентом на примере сверхтонких пленок свинца. Результаты вышли обнадеживающими, но не удовлетворили исследователей, поскольку базировались на недостаточно точной теории сверхпроводимости Бардина — Купера — Шриффера.

Тогда Дзакконе скооперировался с коллегой Джованни Уммарино из Турина, экспертом в более тонкой и реалистичной теории сверхпроводимости Элиашберга, и уже на ее основе перепроверил свои выкладки.

Совместными усилиями ученые предсказали, что благородные металлы становятся сверхпроводящими при литье в сверхтонкие пленки толщиной менее 1 нм.

К примеру, золото в виде пленки толщиной около половины нанометра станет сверхпроводником при охлаждении до 1,1 Кельвина. Примерно та же критическая температура сверхпроводимости у алюминия, который чаще всего применяется для создания джозефсоновских переходов в кубитах квантовых компьютеров.

Это предсказание открывает путь к созданию сверхтонких пленок благородных металлов, сочетающих уникальные электронные и механические свойства с экспериментально доступной сверхпроводимостью, заключил Алессио Дзакконе.