Ученые добились сверхпроводимости без «экстрима»? Никелат работает при -228°C и атмосферном давлении
Ученые из Южного научно-технологического университета (Китай) совершили прорыв, который может переписать учебники физики. Им впервые удалось получить сверхпроводимость в никелатах при температуре выше так называемого «предела Макмиллана» и, что критически важно, без использования экстремально высокого давления. Речь идет о температуре -228°C, что на несколько градусов теплее прежнего теоретического барьера. Это не просто новый рекорд, а смена парадигмы: никель, долгое время считавшийся «бедным родственником» меди и железа в гонке за сверхпроводимостью, внезапно стал фаворитом.
Температурный барьер, который удалось обойти
Долгое время считалось, что классическая сверхпроводимость невозможна при температурах выше -233°C (40 Кельвинов). Этот рубеж, известный как предел Макмиллана, был непреодолимой стеной для теоретиков и экспериментаторов. Чтобы обойти его, ученые шли на ухищрения: использовали сложные соединения на основе меди (купраты) или железа, либо применяли колоссальное давление, превращая лабораторию в подобие глубоководного батискафа. Никелаты — соединения никеля — в этой гонке безнадежно отставали, демонстрируя сверхпроводящие свойства только под давлением, непригодным для практического использования.
Никель перехватывает инициативу: секрет тонкой пленки
Команда китайских физиков решила действовать иначе. Они отказались от поиска «идеального» никелата под давлением и сосредоточились на синтезе тонких пленок. Ключом к успеху стало легирование — замена части атомов лантана в кристаллической решетке на празеодим. В результате был получен двухслойный никелат с формулой La₂.₈₅Pr₀.₁₅Ni₂O₇. Именно эта тонкая пленка, выращенная с ювелирной точностью, и продемонстрировала сверхпроводимость при -228°C и нормальном атмосферном давлении. Это результат не случайности, а трехлетней методичной работы по подбору редкоземельных «добавок» и контролю содержания кислорода.
Практический прорыв: от лаборатории к энергетике
Отказ от высокого давления кардинально меняет перспективы коммерциализации технологии. Теперь, когда сверхпроводимость в никелатах достигнута в условиях, близких к промышленным, открывается дорога к созданию принципиально новых устройств. Речь идет не только о сверхмощных магнитах для поездов на магнитной подушке или томографов. Главное — это передача электроэнергии на огромные расстояния без потерь. Если удастся поднять рабочую температуру никелатов еще выше, мы получим материал, способный заменить медные провода в линиях электропередач.
Попытки найти высокотемпературный сверхпроводник ведутся уже несколько десятилетий. Основные усилия были сосредоточены на купратах (медьсодержащих соединениях), которые долгое время удерживали рекорды. Никель, как более дешевый и распространенный элемент, всегда рассматривался как альтернатива, но его «сверхпроводящий потенциал» раскрывался лишь в экстремальных условиях. Нынешнее достижение китайских ученых доказывает, что никелаты могут работать при стандартном давлении, что делает их крайне перспективными для создания коммерческих сверхпроводников.
Это открытие имеет и фундаментальное значение для физики конденсированного состояния. Оно опровергает устоявшееся мнение о том, что только медь и железо способны на «высокотемпературные» чудеса. Теперь ученые получили новую модельную систему для изучения механизма сверхпроводимости. Понимание того, почему никелат ведет себя столь необычно, может подсказать путь к синтезу материалов, работающих при комнатной температуре. В ближайшие годы нас ждет лавина исследований, направленных на поиск других никелатов и оптимизацию их свойств. Возможно, именно никель, а не экзотические редкоземельные металлы, станет основой для энергетики будущего.
