В связи с этим диборид магния (MgB₂), высокотемпературный сверхпроводник, привлек большое внимание благодаря своей низкой стоимости, легкому весу и простоте изготовления. Утверждается, что МГБ₂ обладает потенциалом для замены обычных сверхпроводников на основе ниобия в практических инженерных приложениях. Тем не менее, Навальный МГБ₂ страдает от давней проблемы недостаточной критической плотности тока (плотности тока, выше которой он больше не является сверхпроводящим) при высоких магнитных полях. Это, в свою очередь, значительно ограничивает его крупномасштабное применение.

Чтобы решить эту проблему, исследователи попытались добавлять внешние элементы в контролируемых количествах, процесс, известный как "легирование", во время синтеза объемного МгБ₂, практически без успеха. Как проф. Муралидхар Мирьяла из Технологического института Сибаура (SIT), Япония, заявляет: "До сих пор исследователи пытались улучшить критическую плотность тока в объемном МгБ₂ путем легирования карбидом кремния, другими источниками углерода, серебром, переходными металлами и т.д. Однако дальнейшее улучшение критической плотности тока МгБ₂ имеет решающее значение для нескольких промышленных применений."

Однако не вся надежда потеряна. Профессор Команде Мирьялы удалось показать, что спекание МгБ₂ при температуре около 800 ° C в течение 3 часов в среде аргона могут быть получены превосходные характеристики сверхпроводимости. Это было связано с формированием оптимальной микроструктуры при таких условиях обработки, которая, как было обнаружено, играет важную роль в сверхпроводимости MgB₂.

В недавнем исследовании, впервые опубликованном 7 июля 2022 года, в Передовые инженерные материалы, проф. Команда Мирьялы совершила еще один прорыв. Они обнаружили, что сочетание оптимальных условий спекания с контролируемым добавлением аморфного бора нанометрового размера и оксида диспрозия (Dy₂O₃) увеличил критическую плотность тока в высоком поле (J_c) МГБ₂ а также его собственное поле. В исследовании участвовал профессор М.С. Рамачандра Рао из Индийского технологического института Мадрас (IITM), Индия, который оказал поддержку программе глобального проектного обучения (gPBL) в IITM, а также вклад К. Китамото, А. Сай Срикант и М. Масато из SIT, Д. Дхруба из IITM.

Что было примечательного в Ди₂O₃ в качестве легирующей примеси было то, что она почти не влияла на температуру сверхпроводящего перехода MgB₂ (который оставался стабильным на отметке 38 К).

Кроме того, Dy₂O₃ добавление привело к образованию DyB₄ наночастицы, усиливающие дальнейшее закрепление потока в MgB₂ границы нанозерен. Кроме того, использование нано-предшественника бора помогло создать МгБ₂ нанозерна с исключительным закреплением потока на границе зерен. В результате была достигнута превосходная критическая плотность тока.

Используя аморфный наноборон в качестве исходного ингредиента, команда определила точное количество Dy₂O₃ которые необходимо было добавить, чтобы значительно улучшить J_c оптом МГБ₂ сверхпроводники. Путем анализа структуры и состава с помощью таких методов, как рентгеновская дифракция и спектроскопия комбинационного рассеяния света, а также сверхпроводящих свойств легированного объемного МгБ₂, они нашли идеальный Dy₂O₃ диапазон легирования должен составлять 0,5-1,5%.

С этими выводами команда взволнована будущими перспективами MgB₂. "Эти результаты демонстрируют потенциал Dy₂O₃ допинг наряду с предшественниками наноборона при реализации объемного МгБ₂ для практического применения в сверхпроводящих устройствах", - говорит проф. Мирьяла. "Наше исследование дополняет существующую литературу о способах улучшения J_c и может проложить путь к реальным объемным сверхпроводникам, которые являются маяком для устойчивых технологий ".

Будем надеяться, что теперь мы на один шаг приблизились к практически реализуемым сверхпроводникам.