Сериозен пробив: учени откриха нов път към свръхпроводимостта при високи температури

Учени откриха начин за синхронизиране на двойки електрони, което може да доведе до свръхпроводници с по-високи температури.

Учени от Националната ускорителна лаборатория SLAC, Станфордския университет и други институции направиха важно откритие в областта на свръхпроводниците. Изследователите установиха, че необходимата характеристика на свръхпроводника – сдвояването на електроните – се проявява при много по-високи температури, отколкото се смяташе досега, и в материал, в който това е най-малко вероятно да се очаква – антиферомагнитен изолатор.

Свръхпроводниците са специални материали, които позволяват на електричеството да преминава през тях, без да губи енергия. Те имат огромен потенциал за приложения, вариращи от компютри и мобилни телефони до електрически мрежи и транспорт. Свръхпроводниците обаче обикновено работят само при изключително ниски температури, което ограничава практическите им приложения.

В новото изследване учените са наблюдавали електроните на междинен етап. Откритието предполага, че може да е възможно да се намерят начини за превръщането на подобни материали в свръхпроводници, които работят при по-високи температури.

„Електронните двойки сякаш са готови да станат свръхпроводими, но нещо ги спира. Ако успеем да намерим нов метод за синхронизиране на двойките, бихме могли да го приложим за евентуално създаване на свръхпроводници за по-високи температури“, казва Ке-Джун Сю, дипломант по приложна физика в Станфорд и съавтор на статията.

Учените са избрали семейство купрати, което не е било изследвано задълбочено, тъй като максималната температура на свръхпроводимост е сравнително ниска – 25 Келвина – в сравнение с другите купрати. Въпреки това изследователите откриват, че сдвояването на електроните в този материал се запазва до 150 Келвина, което предполага, че електроните се сдвояват при много по-високи температури от състоянието на нулево съпротивление при около 25 Келвина.

Купратите са клас химични съединения, съдържащи медни (Cu) йони в степен на окисление +2 или +3. Обикновено купратите са оксиди на медта, комбинирани с други елементи като кислород, алуминий, калций и др. В контекста на свръхпроводимостта купратите са специален клас материали, които могат да проявяват свръхпроводими свойства при определени условия. Купратите на свръхпроводниците обикновено съдържат слоеве от медни йони между слоеве от други елементи и могат да имат различни кристални структури. Те са открити през 1986 г. и бързо привличат вниманието на изследователите поради потенциала им за създаване на високотемпературни свръхпроводници.

„Нашите резултати откриват нов път. Планираме да изследваме тази празнина във взаимодействието на двойките в бъдеще, за да подпомогнем разработването на свръхпроводници с помощта на нови технологии“, каза Жи-Ксун Шен, професор в Станфорд и изследовател в Станфордския институт за материали и енергийни науки (SIMES), който ръководи проучването.

Откритието може да има огромно значение за разработването на свръхпроводници, работещи при високи температури, което може да доведе до революция в много области на науката и технологиите.