Новости - Отрасли ТЭК

Без всякого сопротивления: ученые раскрыли еще один секрет купратов

06.11.21 16:21

Результат поиска сверхпроводников, способных сохранять свои свойства при комнатной температуре, способен произвести революцию в технологиях, снизив энергетические затраты на распределение электроэнергии и изменив способ производства и доставки электричества по всему миру.

В журнале Science опубликовано исследование, раскрывающее еще один секрет купратов. Фактически, исследование улучшает понимание «странного» поведения купратов, сверхпроводящих материалов из меди, кислорода и других элементов, которые работают как сверхпроводники только при очень низких температурах (хотя и выше, чем для других сверхпроводников). Улучшение этих материалов, то есть повышение их критической температуры, приведет к настоящей технологической революции.

Явление сверхпроводимости было открыто 110 лет назад. В 1911 году голландский физик Хайке Камерлинг-Онесс обнаружил, что электрическое сопротивление ртути падает до нуля при температуре жидкого гелия. Температура перехода в сверхпроводящее состояние зависит от материала.

Ученые из Университета Чалмерса в Гетеборге, Миланского политехнического университета, Университета Ла Сапиенца в Риме и Европейского синхротрона ESRF в Гренобле обнаружили, что в нормальном состоянии при «высокой» температуре присутствие волн зарядовой плотности изменяет свойства переноса заряда купратов от «странного металла» до более обычного поведения других металлов.

Электрический ток проходит без сопротивления внутри сверхпроводников, поддерживаемых при температурах ниже критического значения. Этим они отличаются от обычных металлов, где сопротивление влечет за собой выделение тепла и, следовательно, трату энергии при протекании тока. Хотя сверхпроводимость известна уже более века, она остается одним из самых увлекательных и загадочных явлений в физике твердого тела. С момента первоначального открытия основной целью был поиск материалов, которые являются сверхпроводниками при температурах окружающей среды, чтобы обеспечить их массовое использование. В этом квесте купраты стоят особняком, потому что их критическая температура ниже, чем у других известных сверхпроводников. Более того, причины такого особого поведения до сих пор неясны.

Одним из важных свойств купратов является то, что даже при температурах, превышающих критическую, в их «нормальном» состоянии, когда их сопротивление не равно нулю, они ведут себя нетрадиционным образом, поэтому их называют «странными металлами». Странность заключается в линейном увеличении удельного сопротивления в зависимости от температуры, чего не наблюдается в нормальных металлах. Понимание микроскопического происхождения этой странности нормального состояния купратов является одной из основных задач современных научных исследований в этой области.

Профессор Джакомо Гирингелли из Миланского политехнического университета объясняет: «Этот тип наблюдения очень актуален, потому что мы в конечном итоге обнаружили корреляцию между макроскопическим свойством (удельное сопротивление в нормальном состоянии) и микроскопическим (волны зарядовой плотности). Это может стать долгожданным ключом для теоретиков, чтобы сформулировать объяснение такого нетрадиционного поведения купратных сверхпроводников. Чтобы полностью понять важность этой работы, необходимо учитывать, что сверхпроводимость является наиболее ярким макроскопическим явлением квантовой физики, видимым невооруженным глазом. Теперь мы знаем, что даже при относительно высоких температурах, в своем «нормальном» состоянии, купраты демонстрируют квантовое поведение, о котором мы можем говорить как об «ультраквантовом веществе».