Более высокая температура перехода в сверхпроводящих материалах. Исследователи из Университета Хьюстона сообщили о новом способе повышения температуры перехода сверхпроводящих материалов, повышая температуру, при которой сверхпроводники могут работать.

Исследователи Лянцзи Денг (слева) и Пол Чу, директор-основатель Техасского центра сверхпроводимости в Калифорнии, исследуют миниатюрную ячейку с алмазным наковальней или мини-ЦАП, который используется для измерения сверхпроводимости. Фото: Аудрюс Браздейкис

Результаты, представленные в Слушаниях Национальной академии наук, предполагают ранее неисследованный путь достижения высокотемпературной сверхпроводимости, который предлагает ряд потенциальных преимуществ для производителей энергии и потребителей.

Электрический ток может проходить через сверхпроводящие материалы без сопротивления, в то время как традиционные передающие материалы теряют до 10 процентов энергии между источником генерации и конечным пользователем. Обнаружение сверхпроводников, которые работают при комнатной температуре или около нее — современные сверхпроводники требуют использования охлаждающего агента — может позволить коммунальным предприятиям предоставлять больше электроэнергии без увеличения количества необходимого топлива, сокращения их углеродного следа и повышения надежности и эффективности энергосистемы.

Температура перехода экспоненциально возрастала для материалов, испытанных с использованием нового метода, хотя она оставалась ниже комнатной температуры. Но Пол Чу Чу, главный научный сотрудник Техасского центра сверхпроводимости при UH (TcSUH) и соответствующий автор статьи, сказал, что этот метод предлагает совершенно новый подход к проблеме поиска сверхпроводников, которые работают при более высокой температуре.

Чу, физик из TLL Temple Science Science UH, сказал, что текущий рекорд для стабильного высокотемпературного сверхпроводника, установленный его группой в 1994 году, составляет 164 Кельвина, или около -164 по Фаренгейту. Этот сверхпроводник основан на ртути; материалы висмута, испытанные для новой работы, менее токсичны и неожиданно достигают температуры перехода выше 90 Кельвин, или около -297 по Фаренгейту, после первого предсказанного падения до 70 Кельвин.

Работа нацелена на устоявшийся принцип, согласно которому температуру перехода сверхпроводника можно предсказать, исходя из понимания взаимосвязи между этой температурой и легированием — методом изменения материала путем введения небольших количеств элемента, который может изменить его электрический ток. свойства — или между этой температурой и физическим давлением. Принцип гласит, что температура перехода увеличивается до определенной точки, а затем начинает падать, даже если легирование или давление продолжают увеличиваться.

Лянцзи Дэн, исследователь из TcSUH, работающий с Чу и первым автором статьи, предложил идею увеличения давления выше ранее исследованных уровней, чтобы увидеть, будет ли температура сверхпроводящего перехода снова расти после падения.

Это сработало. «Это действительно показывает новый способ повышения температуры сверхпроводящего перехода», — сказал он. Более высокое давление изменило поверхность Ферми испытуемых соединений, и Дэн сказал, что исследователи полагают, что давление изменяет электронную структуру материала.

Испытанные ими образцы сверхпроводников имеют ширину менее одной десятой миллиметра; Исследователи заявили, что было трудно определить сверхпроводящий сигнал такого маленького образца по результатам измерений намагниченности, что является наиболее точным тестом на сверхпроводимость. За последние несколько лет Дэн и его коллеги из лаборатории Чу разработали сверхчувствительную методику измерения намагниченности, которая позволяет им обнаруживать чрезвычайно малый магнитный сигнал от сверхпроводящего образца под давлением выше 50 гигапаскалей.

Дэн отметил, что в этих тестах исследователи не наблюдали точку насыщения, то есть температура перехода будет продолжать расти с ростом давления.

Они проверили различные соединения висмута, которые, как известно, обладают сверхпроводящими свойствами, и обнаружили, что новый метод существенно повышает температуру перехода каждого из них. Исследователи сказали, что не ясно, будет ли метод работать на всех сверхпроводниках, хотя тот факт, что он работал на трех различных составах, обещает.

Но повышение сверхпроводимости с помощью высокого давления не практично для реальных приложений. Следующим шагом, сказал Чу, будет поиск способа достижения того же эффекта с помощью химического легирования и без давления.

По материалам phys.org