Вчені з Національного університету Сінгапуру створили перший у світі надпровідник без міді, що працює при температурах вище 30 K за атмосферного тиску, що є значним науковим проривом. Це відкриття може революціонізувати енергоефективну електроніку. Професор Аріандо та доктор Стівен Лін Ер Чоу з кафедри фізики Національного університету Сінгапуру (NUS) розробили та синтезували інноваційний матеріал — оксидний надпровідник без міді, який демонструє надпровідність приблизно при 40 Кельвінах (K), або близько мінус 233 градусів Цельсія (°C), за атмосферного тиску. Це відкриття ще більше зміцнює лідерство NUS та Сінгапуру в галузі досліджень високотемпературної надпровідності.
Надпровідність без міді — новий науковий прорив
Майже через 40 років після відкриття надпровідності в оксидах міді, що принесло Нобелівську премію з фізики у 1987 році, дослідники з NUS виявили ще один високотемпературний оксидний надпровідник. Це відкриття розширює розуміння нетрадиційної надпровідності за межі мідних оксидів.
Чому надпровідники важливі?
Сучасна електроніка виробляє тепло і споживає енергію під час роботи. Надпровідники мають унікальну властивість — нульовий електричний опір, що усуває втрати енергії при проходженні струму. Теоретично це робить їх ідеальними для сучасних електронних застосувань, дозволяючи зменшити енергоспоживання у світі. Попри відкриття тисяч надпровідних матеріалів, переважна більшість з них працює лише при наднизьких температурах, близьких до абсолютного нуля (0 K, або −273°C), що ускладнює їх практичне використання.
Прорив у 1987 році: відкриття мідних оксидів
Майже 40 років тому фізики Йоганнес Беднорц і Карл Мюллер відкрили новий клас надпровідників — мідні оксиди. Вони демонстрували надпровідність при температурах вище 30 K, що було значно вищим за будь-який відомий на той час надпровідник. Їхнє відкриття, за яке вони отримали Нобелівську премію, започаткувало нову еру у дослідженнях високотемпературної надпровідності. Дотепер мідні оксиди залишаються єдиним класом оксидних матеріалів, які демонструють надпровідність вище 30 K за атмосферного тиску, без необхідності додаткового стиснення кристалічної ґратки.
Новий прорив: надпровідність без міді
У серії досліджень професор Аріандо та доктор Чоу встановили прямий зв’язок між взаємодіями між шарами в шаруватих матеріалах та їхніми температурами переходу в надпровідний стан. Використовуючи ці знання, вони розробили модель, яка передбачила кілька можливих високотемпературних надпровідників, подібних до мідних оксидів, але без міді. Серед прогнозованих матеріалів команда успішно синтезувала оксид нікелю (Sm-Eu-Ca)NiO₂, який продемонстрував нульовий електричний опір — ключову ознаку надпровідності — при температурах значно вище 30 K.
Нове відкриття та його значення
Доктор Чоу зазначив: «Як ми і передбачали, цей оксидний надпровідник без міді демонструє високотемпературну надпровідність за атмосферного тиску, подібно до мідних оксидів. Це відкриття свідчить, що нетрадиційна високотемпературна надпровідність не є унікальною властивістю міді, а може бути поширеною серед інших елементів періодичної таблиці.»
Професор Аріандо додав:«Це відкриття має глибокі наслідки як для теоретичного розуміння, так і для практичного застосування надпровідних матеріалів у сучасній електроніці.»
Науковий прорив був опублікований у журналі Nature 20 березня 2025 року.
Розширення меж високотемпературної надпровідності
«Це перший випадок з часу Нобелівського відкриття, коли оксидний надпровідник без міді виявлено таким, що працює за атмосферного тиску,» — наголосив професор Аріандо. Крім того, новий матеріал надзвичайно стабільний за звичайних умов, що значно покращує його доступність для досліджень та застосувань. Це відкриття викликало великий інтерес не лише до самого матеріалу, а й до можливості створення цілої нової групи високотемпературних надпровідників.
Подальші дослідження та перспективи
Команда дослідників продовжує вивчати унікальні властивості матеріалу, досліджуючи такі фактори, як зміна електронної заповненості та вплив гідростатичного тиску. Це дозволить глибше зрозуміти механізми високотемпературної надпровідності та прокладе шлях до синтезу ширшого класу надпровідників з ще вищими робочими температурами.
Ще одним важливим учасником дослідження є аспірант NUS Жаоян Ло, який за допомогою електронної мікроскопії підтвердив високу кристалічну якість і чистоту отриманого матеріалу. Цей прорив є важливим кроком у розробці надпровідних матеріалів нового покоління, що мають широкий спектр застосувань у сучасній електроніці та енергоефективних технологіях.