Спустя почти четыре десятилетия после открытия сверхпроводимости оксида меди, за которое в 1987 году была присуждена Нобелевская премия по физике, исследователи NUS теперь идентифицировали еще один высокотемпературный сверхпроводящий оксид, который расширяет понимание нетрадиционной сверхпроводимости за пределы оксидов меди.

Перспективы сверхпроводников

Современная электроника выделяет тепло и потребляет энергию во время работы. Однако сверхпроводники обладают уникальным свойством, известным как состояние нулевого сопротивления, которое устраняет потери энергии из-за электрического сопротивления. Теоретически это делает их идеальными для современных электронных приложений, удовлетворяющих растущие мировые потребности в энергии.

Несмотря на открытие тысяч сверхпроводящих материалов, подавляющее большинство из них функционирует только при экстремально низких температурах, близких к абсолютному нулю (0 К), или около минус 273 °С, что делает их непрактичными для широкого использования.

Прорыв в присуждении Нобелевской премии 1987 года

Почти 40 лет назад физики Йоханнес Беднорц и Карл Мюллер открыли новый класс сверхпроводников - оксиды меди, которые проявляют сверхпроводимость при температурах выше 30 К, что значительно выше, чем у любых ранее известных сверхпроводников.

Этот прорыв, принесший им Нобелевскую премию по физике, заложил основу для исследований высокотемпературной сверхпроводимости. По сей день оксиды меди остаются единственными сверхпроводящими оксидами, которые функционируют при температурах выше 30 К, или около минус 243 °С, при давлении окружающей среды, не требуя сжатия решетки.

Прорыв за пределы меди

В серии исследований профессор Ариандо и доктор Чоу выявили прямую корреляцию между межслойными взаимодействиями в слоистых системах и температурами сверхпроводимости.

Основываясь на этом понимании, исследователи разработали феноменологическую модель, которая предсказала несколько соединений, способных к высокотемпературной сверхпроводимости, аналогичных оксидам меди, но без меди.

Команда успешно синтезировала (Sm-Eu-Ca) nio - оксид никеля, один из предсказанных материалов, и подтвердила нулевое электрическое сопротивление (сверхпроводимость) значительно выше 30 К в этом соединении.

Доктор Чоу заявил: "Как мы и предсказывали и спроектировали, этот сверхпроводящий оксид, не содержащий меди, демонстрирует высокотемпературную сверхпроводимость при атмосферном давлении на уровне моря, без необходимости дополнительного сжатия - точно так же, как оксиды меди. Это открытие позволяет предположить, что нетрадиционная высокотемпературная сверхпроводимость присуща не только меди, но может быть более распространенным свойством среди элементов периодической таблицы Менделеева".

"Это наблюдение имеет глубокие последствия как для теоретического понимания, так и для экспериментальной реализации более широкого спектра сверхпроводящих материалов с практическим применением в современной электронике", - добавил профессор Ариандо.

Прорыв в исследовании был опубликован в научном журнале Nature 20 марта 2025 года.

Расширяя границы применения высокотемпературных сверхпроводников

"Впервые после открытия, получившего Нобелевскую премию, было обнаружено, что высокотемпературный сверхпроводящий оксид, не содержащий меди, функционирует под давлением окружающей среды", - подчеркнул профессор Ариандо.

"Кроме того, этот новый материал обладает высокой стабильностью в условиях окружающей среды, что значительно улучшает его доступность".

Это открытие вызвало растущий интерес не только к самому материалу, но и к более широкому потенциалу нового класса высокотемпературных сверхпроводников.

Дальнейшие исследования и будущие последствия

Исследовательская группа продолжает изучать уникальные свойства материала, изучая параметры настройки, такие как электронное переключение положения и гидростатическое давление. Эти усилия направлены на углубление понимания механизмов высокотемпературной сверхпроводимости и прокладывают путь к синтезу более широкого семейства сверхпроводников с еще более высокими рабочими температурами.

Другим участником этой работы является г-н Чжаоян Ло, аспирант NUS из исследовательской группы, который продемонстрировал высокую кристалличность и чистофазную природу синтезированного материала с помощью электронной микроскопии.

Этот прорыв представляет собой важный шаг на пути к разработке сверхпроводящих материалов нового поколения, имеющих практическое применение в современной электронике и энергоэффективных технологиях.