Физики увидели, как исчезает сверхпроводимость

Ученые из Брукхейвенской национальной лаборатории (США) раскрыли доселе неизвестные подробности фазовой диаграммы одного из самых изученных высокотемпературных сверхпроводников.

«С точки зрения сверхпроводимости это плохая новость, но когда изучаешь физические феномены, всегда хорошо понимать их истоки, — говорит физик Тоника Валла, руководитель исследовательской группы. — Если у вас есть шанс увидеть, как исчезает сверхпроводимость, это позволяет вам понять, что ее вызывает».

Брукхейвенская команда изучала хорошо известные высокотемпературные сверхпроводники, созданные из слоев оксида висмута, оксида стронция, кальция и оксида меди. На его поверхности они увидели явные признаки сверхпроводимости при температуре фазового перехода 94 градуса Кельвина — самой высокой, при которой происходит сверхпроводимость у таких материалов, пишет Phys.org.

Затем ученые нагрели образец в озоне и обнаружили, что могут добиться высоких уровней легирования и изучить ранее неисследованные части фазовой диаграммы — графика, показывающего, как материал меняет свои свойства при различных температурах в разных условиях.

В данном случае, их интересовало, сколько вакансий или дырок прибавится у материала после воздействия озоном. Чем их больше, тем сильнее становилась сверхпроводимость. При температуре в 94 К материал стал «сверх-легированным», и температура перехода упала до 50 К.

До сих пор ученым не удавалось легировать кристаллы выше этого значения. Теперь же им открылась целая куполообразная кривая диаграммы, в пиковых точках которой высокотемпературная сверхпроводимость исчезает.

Разгадка тайны сверхпроводимости откроет путь к решению многих проблем энергетики.

Материалы, переносящие ток на большие расстояния без потерь, произведут революцию в передаче энергии, уничтожат потребность в охлаждении дата-центров и приведут к появлению новых форм аккумуляторов.

Загвоздка в том, что сейчас большинство известных сверхпроводников, даже их высокотемпературные разновидности, должны работать при сверхнизких температурах. Понимание того, какие характеристики и как вызывают сверхпроводимость — это шанс создать новые материалы с более подходящими свойствами.