Сверхпроводники — существа капризные. И это главная проблема. Да, электрическое сопротивление исчезает полностью, но за это нужно «платить» материалу: либо экстремальным холодом, либо чудовищным давлением, либо их смесью. Представьте, что для зарядки электромобиля вам нужно положить в багажник алмазный наковальню. Весь смысл теряется.
Однако теперь ситуация меняется.
Физики из Университета Хьюстона только что установили новый рекорд. Им удалось заставить сверхпроводник работать при температуре -122,15°C. Казалось бы, холодновато? Но по сравнению с базовой температурой, близкой к абсолютному нулю, это практически «жара».
Предыдущий рекорд для сверхпроводников при атмосферном давлении принадлежал смеси ртути, бария и оксида кальция, установленному ещё в 1993 году. Его предел составлял -140°C. Новая партия материала превзошла этот результат более чем на 20 градусов.
Сжатие ради свободы
Как им это удалось?
Они «измучили» материал.
Команда взяла Hg1223 — сверхпроводник на основе купратов, слоистый материал из оксида меди, ртути и кальция — и сжала его в алмазной наковальне. И не просто так: давлением до 30 гигапаскалей. Это почти в 300 000 раз превышает давление воздуха на уровне моря.
А затем они резко сняли давление.
Эта процедура, называемая послеударным закреплением (pressure-quenching), фиксирует материал в метастабильном состоянии.
Представьте алмаз. Это углерод, подвергнутый давлению земной коры, но когда вы выносите его на поверхность, он не превращается обратно в графит. Он остаётся твёрдым. Он застревает в своей высокодавленческой геометрической структуре.
Hg1223 ведёт себя аналогично. При мгновенном снятии давления атомы не успевают расслабиться и вернуться к обычной структуре. Образуются мелкие дефекты. Именно эти дефекты поддерживают «танец» сверхпроводящих электронов, даже когда давление возвращается к обычным бытовым значениям.
«Поскольку этот материал сохраняет сверхпроводимость при нормальном давлении, учёные могут изучать его с помощью широко доступного оборудования», — говорит Хуа Чжоу из Национальной лаборатории Аргоны.
Больше никаких алмазных наковален для каждого эксперимента. Достаточно обычного лабораторного оборудования.
Ловушка всё ещё существует
Не стоит слишком радоваться преждевременно.
Существуют сверхпроводники, работающие при более высоких температурах. Например, декагидрид лантана работает при -13°C. Такого холода можно добиться в бытовом морозильнике.
Но создать давление в 190 гигапаскалей в своей гараже не получится. Это уровень давления во внешнем ядре Земли. Так что компромисс остаётся прежним: либо высокая температура, но запредельно сложная и дорогая генерация давления; либо низкая температура (-122°C), но нормальное давление.
Hg1223 выиграл «лотерею» по давлению, но проиграл в плане «тепла».
Почему это важно?
Потому что теперь у нас есть образец для исследований, не требующий создания специфических геологических условий для наблюдения. Мы можем изучать принципы его работы. Возможно, нам удастся разорвать последнюю цепь, связывающие эти материалы с глубоким замораживанием.
Сверхпроводники, работающие при комнатной температуре, могли бы революционизировать энергосети. Мгновенная зарядка автомобилей. Магнитная левитация без необходимости строить «соборы» из магнитов.
До этого момента нам ещё далеко.
Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Это шаг вперёд.
Один маленький, замороженный, слегка сжатый шаг.
Находимся ли мы достаточно близко, чтобы это имело значение?
Возможно.
Или, возможно, мы просто ждём правильного рода давления.
