Исследователи из Университета Хьюстона добились сверхпроводимости при атмосферном давлении и температуре перехода 151 К (−122°C) с использованием метода закалки под давлением, который применяется для создания искусственных алмазов. Это рекордная высокая температура для сверхпроводимости при атмосферном давлении, поэтому исследователи Чин-У Чу и Лянцзы Дэн считают, что это достижение знаменует собой заметный прогресс на пути к практическим сверхпроводящим системам. Тем не менее, им не хватает 140°C для достижения сверхпроводимости при комнатной температуре.
Сверхпроводимость — это состояние, при котором материал обладает нулевым электрическим сопротивлением и отталкивает магнитные поля. Это состояние может быть достигнуто при очень низких температурах и/или очень высоком давлении, но отрасль должна выяснить, как достичь его при нормальных температурах и давлении. Основная проблема заключается в том, что условия, необходимые для высокой критической температуры ($T_c$) — точки, в которой исчезает сопротивление, — обычно нестабильны в нормальных условиях. Сверхпроводимость зависит от хрупких электронных пар, которые распадаются по мере повышения температуры. Приложение высокого давления может усилить эти взаимодействия, сжимая материал и изменяя его электронную структуру, что увеличивает $T_c$. Однако эти улучшенные состояния обычно существуют только при экстремальном давлении, и после его снятия материал возвращается к норме и теряет сверхпроводимость. Главная цель ученых — создать материалы, которые сохраняют сильное спаривание электронов и высокую $T_c$ при атмосферном давлении — что необходимо для практического применения, — и именно это изучают ученые из Университета Хьюстона.
Команда работала с купратным сверхпроводником на основе ртути, известным как Hg1223, материалом, известным своими высокими температурами перехода. Исторически Hg1223 достигал сверхпроводимости при 133 К (−140°C) в обычных условиях, что было рекордом с 1993 года. Новое исследование повышает эту температуру на 18 К до 151 К (−122°C).
Ключевым фактором этого прорыва является метод, называемый закалкой под давлением: материал сначала подвергается интенсивному давлению для улучшения его электронных свойств и повышения $T_c$. Находясь под давлением, образец охлаждают до заданной температуры, после чего давление резко снимают. Эта последовательность эффективно сохраняет индуцированное давлением состояние материала и, следовательно, поддерживает его улучшенное сверхпроводящее поведение при атмосферном давлении. Хотя сверхпроводимость, индуцированная давлением, хорошо задокументирована, сохранение этих свойств после декомпрессии оказалось сложной задачей, поэтому эта демонстрация представляется значимой.
Дополнительным преимуществом работы является то, что работа при атмосферном давлении упрощает эксперименты и разработку, поскольку материалы, стабильные в нормальных условиях, могут быть исследованы с использованием широко доступных лабораторных инструментов, что стимулирует как фундаментальные исследования материалов, так и прикладные НИОКР.
Сверхпроводники могут быть полезны для множества применений в электронике, энергетике, медицине и промышленности, включая новые платформы термоядерной энергетики, высокопроизводительную электронику и системы магнитно-резонансной томографии. Все эти устройства могут выиграть от работы с нулевым сопротивлением, но они не могут использовать методы экстремального охлаждения, такие как жидкий азот или что-то более экзотическое.
Всегда имейте в виду, что редакции могут придерживаться предвзятых взглядов в освещении новостей.
Автор – Anton Shilov
