Вчені відкрили новий шлях до надпровідності при високих температурах

Вчені з Національної прискорювальної лабораторії SLAC, Стенфордського університету та інших інститутів зробили важливе відкриття в галузі надпровідників. Дослідники виявили, що необхідна характеристика надпровідника — спарювання електронів — виникає за набагато більших температур, ніж вважалося раніше, і в матеріалі, де цього найменше очікується — антиферомагнітному ізоляторі.

Надпровідники — спеціальні матеріали, що дозволяють електриці проходити через них без втрати енергії. Вони мають величезний потенціал для застосування в різних областях, від комп’ютерів та стільникових телефонів до електромереж та транспорту. Однак надпровідники зазвичай працюють лише при екстремально низьких температурах, що обмежує їхнє практичне застосування.

У дослідженні вчені спостерігали за електронами на проміжній стадії. Це відкриття припускає, що можна знайти способи спроектувати подібні матеріали у надпровідники, які працюють за вищих температур.

«Електронні пари немов готові стати надпровідними, але щось їх зупиняє. Якщо ми зможемо знайти новий метод синхронізації пар, то ми могли б застосувати його для можливого створення надпровідників із вищою температурою», — сказав Ке-Джун Сюй, аспірант Стенфорда з прикладної фізики та співавтор статті.

Вчені обрали сімейство купратів, яке не було глибоко вивчено, оскільки його максимальна температура надпровідності була відносно низькою — 25 Кельвінів — порівняно з іншими купратами. Однак дослідники виявили, що спаровування електронів у цьому матеріалі зберігається до 150 Кельвінів, що передбачає, що електрони спаровуються при набагато вищих температурах, ніж стан нульового опору при температурі близько 25 Кельвінів.

Купрати — це клас хімічних сполук, що містять іони міді (Cu) у ступені окислення +2 або +3. Зазвичай купрати є оксидами міді, з’єднані з іншими елементами, такими як кисень, алюміній, кальцій і т.д. У контексті надпровідності купрати є особливим класом матеріалів, які можуть демонструвати надпровідні властивості за певних умов. Купрати надпровідників зазвичай містять шари іонів міді, розташовані між шарами інших елементів, і можуть мати різні кристалічні структури. Вони були відкриті в 1986 році і швидко привернули увагу дослідників через їх потенційні можливості для створення надпровідників з високими температурами. 

«Наші результати відкривають новий шлях. Ми плануємо вивчити цей розрив у парній взаємодії у майбутньому, щоб допомогти у розробці надпровідників з використанням нових методів», — сказав Чжі-Сюнь Шень, професор Стенфорда та дослідник зі Стенфордського інституту матеріалознавства та енергетичних наук (SIMES), який керував дослідженням.

Відкриття може мати велике значення для розвитку надпровідників, що працюють при високих температурах, що може революціонізувати багато сфер науки і техніки.