Группа исследователей из Национального университета Сингапура совершила прорыв в материаловедении: они разработали первый за 40 лет сверхпроводник на основе никеля, который сохраняет свои свойства при температуре около минус 233°C — без использования меди и давления. Это открытие может изменить современную электронику — от «умных очков» до поездов на магнитной подушке — сделав её энергоэффективной и практически бесшумной.

Сверхпроводники проводят электричество без потерь, но до сих пор большинство из них работали лишь при температурах, близких к абсолютному нулю (минус 273°C), что требовало сложных систем охлаждения. В 1987 году учёные обнаружили, что соединения меди сохраняют сверхпроводимость при «мягких» минус 243°C, но требовали огромного давления для активации. Новый материал — (Sm-Eu-Ca)NiO2 — обошёл эти ограничения: он стабилен при обычном атмосферном давлении и температуре на 10 градусов выше, чем у медных аналогов.

Исследовательская группа из Национального университета Сингапура (NUS), которая разработала новый сверхпроводящий материал без содержания меди. Источник: NUS Faculty of Science

Ключом к открытию стало изучение слоистых структур материалов. Учёные заметили, что сила взаимодействия между слоями влияет на температуру, при которой возникает сверхпроводимость. Это позволило создать модель, предсказывающую свойства новых соединений. Эксперименты подтвердили теорию: никелевый оксид показал нулевое сопротивление при минус 233°C, а его стабильность в обычных условиях упростила синтез. Это доказало, что высокотемпературная сверхпроводимость возможна не только с медью, но и с другими элементами таблицы Менделеева.

Главное преимущество материала — практичность. Современные устройства, от серверов до электромобилей, теряют до 20% энергии из-за нагрева проводов. Использование сверхпроводников устранило бы эти потери, ускорило передачу данных и уменьшило размеры техники. Например, МРТ-аппараты смогли бы работать без громоздких систем охлаждения, а «умные» сети — передавать электричество на тысячи километров без потерь.

Сейчас команда NUS изучает, как изменение состава материала или внешнее давление могут повысить его рабочие температуры. Для достижения сверхпроводимости в этом материале потребуется использование криогенных жидкостей с более низкой температурой кипения, например, жидкого гелия (около 4 K), а не жидкого азота. Тем не менее, важно отметить, что достижение сверхпроводимости при температурах около 40 K является значительным шагом вперёд и открытие показывает, что природа сверхпроводимости гораздо разнообразнее, чем считалось. Если аналогичные материалы удастся найти среди более распространённых элементов, то больше не придётся выбирать между технологическим прогрессом и энергетической устойчивостью.

Подробнее на iXBT