Открыт высокотемпературный сверхпроводящий оксид без меди

Профессор Ариандо и доктор Стивен Лин Эр Чоу из физического факультета Национального университета Сингапура (NUS) разработали и синтезировали новаторский новый материал — сверхпроводящий оксид без меди, способный проявлять сверхпроводимость при температуре около -233 °C, при атмосферном давлении.

Почти через четыре десятилетия после открытия сверхпроводимости в оксидах меди, за которое в 1987 году была присуждена Нобелевская премия по физике, исследователи из NUS обнаружили ещё один высокотемпературный сверхпроводящий оксид, который расширяет понимание нетрадиционной сверхпроводимости за пределы оксидов меди.

Перспективы сверхпроводников

Современная электроника выделяет тепло и потребляет энергию во время работы. Сверхпроводники обладают уникальным свойством, известным как состояние нулевого сопротивления, устраняющае потери энергии из-за электрического сопротивления.

Теоретически это делает их идеальными материалами для современных электронных областей, отвечая растущим мировым потребностям в энергии.

Несмотря на открытие тысяч сверхпроводящих материалов, подавляющее большинство из них функционируют только при чрезвычайно низких температурах, близких к абсолютному нулю (0 К), или приблизительно -273 °C, что делает их непрактичными для широкого применения.

Около 40 лет назад физики Йоханнес Беднорц и Карл Мюллер открыли новый класс сверхпроводников — оксиды меди, которые проявляют сверхпроводимость при температурах выше 30 К или -243 °C, что значительно выше, чем у любых ранее известных сверхпроводников.

Это открытие принесло им Нобелевскую премию по физике, заложил основу для исследований высокотемпературной сверхпроводимости.

До сих пор оксиды меди остаются единственными сверхпроводящими оксидами, которые функционируют при температурах выше 30 К, или -243 °C, при атмосферном давлении, без необходимости сжатия кристаллической решётки.

Прорыв в сверхпроводниках без меди

В серии исследований профессор Ариандо и доктор Чоу выявили прямую корреляцию между межслоевыми взаимодействиями в слоистых системах и температурами сверхпроводимости.

Основываясь на этом понимании, они разработали феноменологическую модель, которая предсказала несколько соединений, способных к высокотемпературной сверхпроводимости, аналогичной оксидам меди, но без меди.

Команда успешно синтезировала оксид никеля (Sm-Eu-Ca)NiO₂, и подтвердила нулевое электрическое сопротивление (сверхпроводимость) значительно выше 30 К в этом соединении. Доктор Чоу заявил:

«Как мы и предсказывали, этот сверхпроводящий оксид, не содержащий медь, демонстрирует высокотемпературную сверхпроводимость при атмосферном давлении на уровне моря, без необходимости дополнительного сжатия — как и оксиды меди. Это открытие предполагает, что нетрадиционная высокотемпературная сверхпроводимость не является исключительной особенностью меди, а может быть более распространённым свойством среди элементов в периодической таблице».

«Наблюдение имеет глубокие последствия как для теоретического понимания, так и для экспериментальной реализации более широкого спектра сверхпроводящих материалов с практическим применением в современной электронике», — добавил Ариандо.

«Это впервые после открытия, удостоенного Нобелевской премии, когда был обнаружен высокотемпературный сверхпроводящий оксид без меди, функционирующий при атмосферном давлении. Кроме того, новый материал обладает высокой стабильностью в обычных условиях, что значительно повышает его доступность».

Открытие вызвало растущий интерес не только к самому материалу, но и к более широкому потенциалу нового класса высокотемпературных сверхпроводников.

Дальнейшие исследования и перспективы

Исследовательская группа продолжает изучать уникальные свойства материала, исследуя параметры, как сдвиг электронной заселённости и гидростатическое давление.

Эти усилия направлены на углубление понимания механизмов высокотемпературной сверхпроводимости и прокладывают путь для синтеза более широкого семейства сверхпроводников с более высокими рабочими температурами.

Ещё один участник этой работы – Чжаоян Ло, аспирант NUS, работающий в исследовательской группе, продемонстрировал высокую кристалличность и чистоту фазы синтезированного материала с помощью электронной микроскопии.

Открытие представляет важный шаг на пути к разработке сверхпроводящих материалов следующего поколения с практическим применением в современной электронике и энергоэффективных технологиях.