Учени са открили нов вид свръхпроводимост в екзотичен материал, наподобяващ кристал

Екип от физици от Вашингтонския университет и Министерството на енергетиката на САЩ (DOE) изглежда са открили нов, контролируем вид свръхпроводимост в екзотичен материал, подобен на кристал. Неговата свръхпроводимост може да бъде променяна в зависимост от приложеното върху него напрежение, включително до пълното му изключване. Същевременно изглежда, че е счупен рекордът за това колко „горещ“ може да бъде един свръхпроводник с полеви ефект, преди да загуби способността си да провежда електричество, без да среща никакво съпротивление.

Изследователската статия, публикувана в списание Science Advances описва синтетичен кристалоподобен „сандвич“ от феромагнитни (европий) и свръхпроводящи материали (железен арсенид), който проявява възникваща свръхпроводимост, когато е поставен в близост до достатъчно силно магнитно поле. Легираният кристал EuFe2As2, каквото е наименованието на материала поради добавянето на молекули кобалт в процеса на синтез се възползва от силния феромагнетизъм на европия (Eu), редуващ се със свръхпроводими слоеве FeAs (железен арсенид) в конфигурация, наподобяваща „сандвич“.

Резултатът е така нареченият свръхпроводник, който може да се настройва с магнитно поле – неговата свръхпроводимост може да се активира от външни магнитни полета. В случай на легиран кристал EuFe2As2 (с помощта на специализирано оборудване и комбинация от рентгенови техники), изследователският екип е показал как правилно подредено външно магнитно поле балансира магнитните полета, излъчвани от феромагнитните слоеве на европия. Това позволява те да бъдат преориентирани – и след като първоначално хаотичните магнитни полета станат успоредни на свръхпроводящите се появява състояние на материята с нулево съпротивление.

Легираният кристал EuFe2As2 има и друго интересно свойство: неговите свръхпроводими способности могат да бъдат изключени дори при достатъчно силно магнитно поле. Всичко, което е необходимо е да се деформира материалът с криогенен тензометър – да се приложи натиск от едната страна с помощта на специално промишлено бутало, сертифицирано за научни измервания. По този начин се променя степента на съпротивление на електроните при преминаването им през него. При определени нива на деформация свръхпроводимостта на синтетичния материал може да се повиши до такава степен, че да не е необходимо външно магнитно поле за преминаване в свръхпроводимо състояние, но след определен момент дори прекомерното налягане вече не е достатъчно за стартиране на процеса.

Фините субатомни промени и елементарните взаимодействия са наистина всичко, което е необходимо, за да се превърне един материал от полупроводник в свръхпроводник, но тази простота крие сложното взаимодействие на елементи, частици и субатомни частици, спинове, магнитни полета и много други параметри, които трябва да бъдат строго според желанията – или в случая на пробите в изследването е при температури между 4 и 10 Келвина.

Това ниво на разделителна способност и контрол върху момента, в който свръхпроводимостта е „изключена“ (което е същото като момента, в който тя е „включена“, но в специален, квантов смисъл) трябва да осигури безценни прозрения за квантовата физика на свръхпроводимостта. Най-малкото, новооткритият свръхпроводник може да бъде тестова площадка за по-добро разбиране на самата свръхпроводимост. Изследването води до възможността да се наблюдава молекулярният преход от обикновената материя към нейната свръхпроводима фаза и би трябвало да подобри способността ни да контролираме този ефект и да се възползваме допълнително от него.

Например, това откритие би могло да намери приложение в свръхпроводими вериги за индустриална електроника от следващо поколение.