Группа ученых, в которую входят физики Московского института электроники и математики им.Тихонова Высшей школы экономики (МИЭМ ВШЭ), исследовали показатели сверхпроводимости материалов. В ходе исследования было определено, что если расположить дефекты внутри материала по заранее разработанной схеме, то в самом материале возникнут свойства сверхпроводимости. Результаты экспериментов были опубликованы в журнале Physical Review B.
Сверхпроводимость представляет собой особое состояние материала, при котором электрический ток проходит сквозь него без потерь энергии. В обычных проводниках часть энергии теряется в виде тепла, а в сверхпроводниках ток движется свободно и не ослабевает со временем.
Такие материалы применяются, например, в аппаратах МРТ, где сверхпроводящие катушки создают сильные магнитные поля. В будущем сверхпроводники могут использоваться в системах для передачи энергии без потерь и для быстрой обработки сигналов.
Основная трудность заключается в том, что большинство сверхпроводников работают только при очень низких температурах (ниже −140°С), что ограничивает их практическое использование. Поэтому ученые ищут способы повысить температуру, при которой сверхпроводники сохраняют свои свойства. Это поможет сделать их более удобными и стабильными в работе.
Ученые из Центра квантовых метаматериалов МИЭМ ВШЭ вместе с исследователями из МИФИ и МФТИ продемонстрировали, что сверхпроводимость можно сделать более стабильной, если контролировать расположение дефектов в материале. Дефекты — это нарушения в идеальной кристаллической структуре, такие как лишние или отсутствующие атомы, примеси и деформации. Обычно они мешают движению электронов и снижают эффективность сверхпроводимости, но полностью избавиться от них невозможно, особенно в сложных многокомпонентных материалах. Вместо полного удаления ученые предложили упорядочивать эти дефекты по определенной схеме. Такое организованное расположение дефектов называют организованным беспорядком.
В материалах с дефектами сверхпроводимость обычно развивается в два этапа. Сначала образуются отдельные локальные участки, где начинает проявляться сверхпроводимость. Затем, при снижении температуры, эти участки соединяются, позволяя току проходить через весь материал.
Ученые провели моделирование двумерного сверхпроводника с разными типами распределения дефектов — от полностью случайного до коррелированного, где примеси взаимосвязаны. Результаты показали, что при упорядоченном расположении дефектов переход к сверхпроводящему состоянию происходит сразу по всей системе, без стадии постепенного объединения локальных областей.
Управление расположением дефектов на микроскопическом уровне может помочь создавать сверхпроводники, работающие при гораздо более высоких температурах — возможно, даже при комнатной. Тогда сверхпроводимость перестанет быть редкостью из лабораторий и сможет применяться в обычных устройствах.
Ранее Наука Mail рассказывала об изучении сверхпроводников для проведения квантовых вычислений.