Пробив във физиката: свръхпроводник работи без екстремно налягане

Нов подход на учените дава тласък в изследванията на свръхпроводимостта
(снимка: CC0 Public Domain)

Учени от Станфордския университет и Националната ускорителна лаборатория SLAC постигнаха пробив в областта на високотемпературната свръхпроводимост. Изследователски екип, ръководен от Харолд Хуанг, директор на Станфордския институт за материали и енергийни науки (SIMES), създаде първите свръхпроводници, които работят при стайно налягане.

Свръхпроводимостта е способност на материалите да провеждат електричество без съпротивление, което обикновено се постига при изключително ниски температури или високо налягане. В продължение на десетилетия учените изследват купратите – материали, които могат да постигнат свръхпроводимост при относително високи температури.

Преди около пет години екип от учени откри свръхпроводимост в никелатите – материали, химически подобни на купратите. Миналото лято друга група изследователи съобщи за свръхпроводимост в нов клас никелови оксиди при температури, сравними с купратите. Тези материали обаче изискват екстремно налягане за стабилизиране на свръхпроводящото състояние, което се постига само с помощта на специално оборудване – т.нар. диамантени наковални.

Новият подход на екипа на Станфорд и SLAC се основава на технология за растеж на тънък слой. Вместо външно налягане, учените са използвали субстрати, които не само поддържат тънките филми, но също така създават странична компресия, карайки атомната структура на никелата да се пренарежда, докато расте.

Изследователите установиха, че температурата на свръхпроводящ преход на материала варира от -247°C до -231°C, в зависимост от степента на компресия. Въпреки че материалът преминава към свръхпроводяща фаза при тези температури, дефектите в никелата и съотношението на кислородните атоми ограничават постигането на истинско състояние на нулево съпротивление, което се наблюдава само при температури около -271°C.

Изследването на свръхпроводници под високо налягане ограничава използването на усъвършенствани изследователски техники като разсейване на рентгенови лъчи. Сега, когато никелатите са стабилни при стайно налягане, учените могат да използват тези инструменти за по-подробно изследване на свойствата на материала.

След това учените планират да подобрят кристалното качество на материала и да изследват стратегиите за „допинг” (легиране) – добавяне на малки количества други елементи за промяна на електронните свойства. Тези усилия са насочени към по-добро разбиране на механизмите на свръхпроводимост в никелатите и намиране на начини за подобряване на тяхната ефективност.