Учени от САЩ улесниха 3D принтирането на свръхпроводници – нова стъпка към квантовата технология и отвъд нея

Учени от Университета Корнел представиха опростена технология за създаване на свръхпроводящи елементи с помощта на 3D печат. Досега това изискваше няколко цикъла с отгряване на всеки етап. Новата технология дава възможност за отпечатване на свръхпроводящи елементи със сложни конфигурации с един подход – само с един цикъл на отгряване. Това обещава да разшири обхвата на приложенията на свръхпроводници в науката и промишлеността.

Изследователите са създали специална композиция от съполимери и неорганични наночастици, която се самоорганизира по време на процеса на отпечатване.

След топлинна обработка отпечатаните структури се превръщат в порести кристални свръхпроводници. Представеният „едностъпков“ (one-pot) процес значително опростява традиционните методи, които изискват многоетапен синтез, множество прахове, свързващи съставки и няколко цикъла на нагряване.

Новият метод дава възможност за създаване на свръхпроводници с подредена структура на три нива: атомно (кристална решетка), мезоструктурно (поради самоорганизация на съполимерите) и макроскопично (под формата на отделни компоненти на веригата – намотки, спирали и други сложни форми). Технологията е тествана върху ниобиев нитрид, който демонстрира свръхпроводимост при охлаждане до -256°C. Този материал запазва свойствата си в магнитни полета до 50 Тесла, което е значително по-високо от други свръхпроводници от този клас. Компонентите, отпечатани от ниобиев нитрид потвърдиха ефекта в магнитно поле с най-високата възможна сила.

Използването на 3D прахово принтиране за създаване на свръхпроводящи елементи опростява производството и би могло да подобри редица технологии, включващи свръхпроводимост, от магнити за магнитно-резонансна томография до квантови устройства.

„Работим върху това от дълго време. Тази работа показва, че можем не само да отпечатваме сложни форми, но и да придаваме на материалите свойства, които преди бяха просто недостижими.“

обясняват учените

Екипът планира да приложи този подход към други свръхпроводящи съединения, включително титанов нитрид. Те също така планират да изследват сложни триизмерни геометрии, които е трудно да бъдат възпроизведени с помощта на традиционните методи. Освен това порестата структура на материала осигурява рекордна повърхност за свръхпроводници, което може да се окаже полезно за изследвания на квантови материали и устройства от следващо поколение.

Екип за първи път демонстрира през 2016 година, че меките материали могат да направляват образуването на свръхпроводници. До 2021 година те се равняват по ефективност на конвенционалните методи.