Прорыв позволит повысить температуру сверхпроводников

Группа физиков совершенствует понимание высокотемпературной сверхпроводимости.

Исследователи из университета Майами представляют новую теорию высокотемпературной сверхпроводимости. Группа надеется, что новое открытие даст понимание процесса и приблизит научное сообщество к достижению сверхпроводимости при более высоких температурах, чем возможно в настоящее время. Этот прорыв способен существенно изменить наш мир.

Сверхпроводники состоят из определенных металлов или сплавов, которые при весьма низких температурах позволяют току течь без сопротивления. Они используются везде, от медицинских приборов до устройств радиосвязи. Хотя у них есть широкий диапазон применения, возможности ограничены только температурными ограничениями.

«Понимание того, как сверхпроводимость работает при высокой температуре, упростит поиск таких сверхпроводников, их разработку и интегрирование в новые технологии», сказал доцент физики Джозеф Ашкенази (на фото), первый автор исследования. „Так всегда бывает в науке: вслед за понимание следует технологическое применение“.

При комнатной температуре сверхпроводники ведут себя как обычные металлы, но когда температура снижается до абсолютного нуля (-273 градуса по Цельсию или -460 градусов по Фаренгейту), сопротивление электрического тока исчезает совсем, что делает сверхпроводники ультраэффективными с точки зрения использования энергии. Хотя абсолютный ноль недостижим, вещества, такие как жидкий гелий и жидкий азот, могут использоваться для охлаждения материалов до близких температурных значений.

Также ученые работают над созданием материалов, которые сохраняют сверхпроводимость и при высокой температуре. Точка, в которой материал становится сверхпроводником, называется критической или транзитной температурой. Пока самой высокой критической точкой сверхпроводимости материала является -130 градусов по Цельсию или -200 градусов по Фаренгейту.

«Но изготовление высокотемпературных сверхпроводников может оказаться весьма утомительным и дорогим занятием, тем более, когда точно не известно, как система работает, отметил профессор физики Нил Джонсон, соавтор исследования.

Чтобы понять проблему, ученые исследовали, что происходит в металле точно в тот момент, когда он перестает быть сверхпроводником. „В этой точке наблюдаются существенные колебания среди электронов, и материал совершает скачки из одного состояния в другое и обратно“, пояснил Джонсон.

Ключ к пониманию того, что происходит в критический момент, находится в уникальном мире квантовых частиц. В этой крошечной вселенной материя ведет себя так, как не получится в макроскопическом мире. Там всем управляют законы не классической физики, а квантовой механики.

Одна из наиболее загадочных особенностей квантовой механики в том, что система может быть описана комбинацией состояний, причем каждое из них присутствует в одно и то же время. Рост критической температуры сверхпроводников в этом случае не наблюдается, поскольку происходит фрагментация системы на отдельные состояния: это действует подавляюще на высокотемпературную сверхпроводимость.

Ашкенази и Джонсон выявили специфический квантовый эффект в сверхпроводнике, нагретом чуть выше критической температуры. В этом состоянии система восстанавливается, благодаря чему в ней вновь возникает явление сверхпроводимости. Эта модель обеспечивает механизм для высокотемпературной сверхпроводимости.

19.06.2012