Нанодефекты улучшают свойства сверхпроводников

Сверхпроводники способные при охлаждении до критической температуры переносить электричество без потерь энергии могли бы найти широкое применение в подземных электрокабелях, трансформаторах, мощных моторах и генераторах. Но эти приложения требуют, чтобы такие провода были способны функционировать при различных температурах и значениях напряженности магнитного поля.

Сотрудники Окриджской национальной лаборатории (ORNL) под руководством Амита Гойяла (Amit Goyal) показали, что сверхпроводники можно подстраивать к разным условиям работы вводя в них дефекты в виде нанометровых колонн, состоящих из не сверхпроводящих материалов.

«При помощи этих нанодефектов мы не только улучшаем рабочие характеристики сверхпроводника, но и оптимизируем их для разных приложений, изменяя расстояние между дефектами и их плотность,» – подводит итог исследованию Гойял в статье, вышедшей в Scientific Reports.

Выращенный с применением разработанного в ORNL процесса самосборки образчик провода продемонстрировал беспрецедентно высокую технологическую критическую плотность тока. Этот параметр определяет максимальное количество тока, способное проходить через единицу площади поперечного сечения проводника, и является наиболее реалистичным показателем возможностей материала, поскольку учитывает и не сверхпроводящие компоненты, такие как подложка, буфер и стабилизирующие слои.

В статье сообщается о достижении рекордной производительности сверхпроводника при температуре 65°K и магнитном поле 3 Tesla – условиях, в которых должны работать гипотетические сверхпроводящие моторы и генераторы. Минимальная технологическая критическая плотность тока для всех ориентаций приложенного магнитного поля, с учетом медного слоя-стабилизатора толщиной 50 мкм, составила 43,7 КА/см², что более чем вдвое превосходит потребности большинства приложений.

Процесс автоматического развития требуемой наноструктуры при росте сверхпроводника, практически не увеличивает себестоимость материала. Подробности этой технологии описываются в отдельной публикации – в издании Advanced Functional Materials.

Гойал сотрудничает с многими производителями полупроводников и рассчитывает, что частный сектор использует наработки его команды для улучшения существующей продукции и создания новых приложений.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365