Сверхпроводник на основе железа демонстрирует рекордные характеристики

Инженеры Брукхэйвенской и Окриджской национальных лабораторий (США) синтезировали материал, способного сохранять сверхпроводимость в магнитных полях, которые на порядок превосходят по интенсивности те, что генерируют установки магнитного резонанса и даже ускорители частиц.

Наиболее перспективными сверхпроводящими материалами для потенциального практического использования считаются купратные (на основе оксида меди). Однако эти высокотемпературные керамические сверхпроводники очень хрупкие и получаются в процессе сложного и дорогостоящего многослойного синтеза. Еще одним их недостатком является структурная анизотропия.

Сверхпроводники на базе халькогенида железа по механическим свойствам ближе к металлам, чем к керамике, то есть, они существенно прочнее купратных. Им проще придать форму длинных проводов, а кроме того, в магнитном поле они демонстрируют почти изотропное поведение.

Для синтеза новых сверхпроводников применяется метод импульсно-лазерного напыления. Он позволяет с атомарной точностью наносить на подложку слои из материалов, испаряемых мощным лазером. Помимо того, что материалы, используемые для формирования сверхпроводящей пленки — железо, селен и теллур — сравнительно недороги, сам процесс напыления протекает при температурах около 400 °C — вдвое меньше, чем требуется для синтеза купратов.

Ключевым открытием, по словам руководителя проекта физика Цян Ли (Qiang Li), возглавляющего в Брукхэйвере группу перспективных материалов для энергетики, стало добавление между пленкой и основанием слоев оксида цезия. В результате значительно (на 30%) возрастала критическая температура — при которой материал становился сверхпроводящим. Хотя пороговое значение остается достаточно низким −253 °C, такой выигрыш существенно увеличивает возможности потенциального применения материала на практике.

В проделанных тестах критическая плотность тока в железном сверхпроводнике превысила 1 млн А/см². В магнитном поле с плотностью потока 30 тесла пленка выдержала прохождение 200 кA/см². Для сравнения, домашняя проводка обычно сгорает уже при 20 А.

«Мы рассчитываем добиться дальнейшего роста как критической температуры, так и плотности тока, совершенствуя структуру и химический состав, — отметил Цян Ли. — Следующим шагом будет раскрытие механизма, связывающего структуру со свойствами, — это создаст предпосылки для поиска новых сверхпроводников с еще лучшими характеристиками».

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