Но теперь в игру вступает новый класс материалов: в сотрудничестве между TU Wien и университетами Японии стало возможным более точно моделировать поведение различных материалов на компьютере, чем раньше. Существует "зона златовласки", в которой сверхпроводимость работает особенно хорошо. И эта зона достигается не никелем и не медью, а палладием. Это могло бы открыть новую "эру палладатов" в исследованиях сверхпроводимости. Результаты теперь опубликованы в научном журнале Письма с физическим обзором.

Поиск более высоких температур перехода

При высоких температурах сверхпроводники ведут себя очень похоже на другие проводящие материалы. Но когда они охлаждаются ниже определенной "критической температуры", они резко меняются: их электрическое сопротивление полностью исчезает, и внезапно они могут проводить электричество без каких-либо потерь. Этот предел, при котором материал переходит из сверхпроводящего состояния в нормально проводящее, называется "критической температурой".

"Теперь мы смогли рассчитать эту "критическую температуру" для целого ряда материалов. С помощью нашего моделирования на высокопроизводительных компьютерах мы смогли предсказать фазовую диаграмму сверхпроводимости никелата с высокой степенью точности, как показали последующие эксперименты", - говорит профессор. Карстен Хелд из Института физики твердого тела Венского университета.

Многие материалы становятся сверхпроводящими только чуть выше абсолютного нуля (-273,15°C), в то время как другие сохраняют свои сверхпроводящие свойства даже при гораздо более высоких температурах. Сверхпроводник, который все еще остается сверхпроводящим при нормальной комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении, произвел бы фундаментальную революцию в способах производства, транспортировки и использования электроэнергии. Однако такой материал еще не был обнаружен. Тем не менее, высокотемпературные сверхпроводники, в том числе из класса купратов, играют важную роль в технологии - например, при передаче больших токов или в создании чрезвычайно сильных магнитных полей.

Медь? Никель? Или палладий?

Поиск наилучших из возможных сверхпроводящих материалов затруднен: существует множество различных химических элементов, о которых идет речь. Вы можете объединить их в разные структуры, вы можете добавить крошечные следы других элементов, чтобы оптимизировать сверхпроводимость. "Чтобы найти подходящих кандидатов, вы должны понять на квантово-физическом уровне, как электроны взаимодействуют друг с другом в материале", - говорит профессор. Карстен держался.

Это показало, что существует оптимум по силе взаимодействия электронов. Взаимодействие должно быть сильным, но и не слишком сильным. Между ними существует "золотая зона", которая позволяет достичь самых высоких температур перехода.

Палладаты как оптимальное решение

Эта золотая зона взаимодействия среды не может быть достигнута ни с купратами, ни с никелатами, но можно попасть в яблочко с помощью нового типа материала: так называемых палладатов. "Палладий находится непосредственно на одну строчку ниже никеля в периодической таблице Менделеева. Свойства схожи, но электроны там в среднем находятся несколько дальше от атомного ядра и друг от друга, поэтому электронное взаимодействие слабее", - говорит Карстен Хелд.

Модельные расчеты показывают, как достичь оптимальных температур перехода для данных по палладию. "Результаты вычислений очень многообещающие", - говорит Карстен Хелд. "Мы надеемся, что теперь сможем использовать их для начала экспериментальных исследований. Если у нас появится совершенно новый, дополнительный класс материалов, доступных вместе с палладатами, для лучшего понимания сверхпроводимости и создания еще более совершенных сверхпроводников, это может продвинуть вперед всю область исследований ".