Прорыв в физике: разработан сверхпроводник, функционирующий без высокого давления

Учёные из Стэнфордского университета совместно с Национальной ускорительной лабораторией SLAC совершили значительный прорыв в изучении высокотемпературной сверхпроводимости. Команда под руководством Гарольда Хванга, возглавляющего Стэнфордский институт материалов и энергетических наук (SIMES), впервые создала сверхпроводящие материалы, функционирующие при обычном атмосферном давлении.

Сверхпроводимость характеризуется способностью материалов передавать электрический ток без сопротивления, что, как правило, достигается при очень низких температурах или высоком давлении. Долгое время учёные исследовали купраты, которые могут демонстрировать сверхпроводимость при сравнительно высоких температурных значениях.

Около пяти лет назад учёные обнаружили сверхпроводимость в никелатах — веществах с химической структурой, схожей с купратами. Летом прошлого года, другой исследовательский коллектив выявил сверхпроводимость в новом классе оксидов никеля при температурах, близких к температурам купратов. Однако такие материалы нуждались в экстремальном давлении для устойчивости сверхпроводящего состояния, что возможно только при помощи специальных устройств — алмазных наковален.

Новая методика команды из Стэнфорда и SLAC базируется на технологии выращивания тонкоплёночных структур. Вместо использования внешнего давления учёные применили подложки, которые не только поддерживают тонкие плёнки, но и инициируют боковое сжатие, изменяя атомную структуру никелатов в процессе их роста.

Исследователи зафиксировали, что температурный диапазон перехода в сверхпроводящее состояние составлял от -247°C до -231°C в зависимости от уровня сжатия. Несмотря на то, что материал переходит в фазу сверхпроводимости при данных температурах, дефекты в никелате и соотношение атомов кислорода препятствуют достижению истинного состояния нулевого сопротивления, которое наблюдалось лишь при температурах около -271°C.

Изучение сверхпроводников под влиянием высокого давления ограничивает доступ к современным исследовательским методам, таким как рентгеновское рассеяние. Теперь, имея стабильные никелаты при нормальном давлении, учёные могут детально изучать их свойства с применением этих технологических возможностей.

В дальнейшем команда намерена совершенствовать кристаллическое качество материала и исследовать легирование — внедрение небольших доз других элементов для коррекции электронных характеристик. Эти работы направлены на глубокое понимание механизмов сверхпроводимости в никелатах и поиск способов усиления их эффективности.

Источник: iXBT