Впервые синтезирован самоорганизующийся сверхпроводник

Группа профессора Корнельского университета, Ульриха Вейснера (Ulrich Wiesner) синтезировала первый в мире сверхпроводник, самостоятельно собирающийся в пористую структуру трёхмерного гироида с уровнем детализации 10 нм.

Гироидом называется криволинейная минимальная поверхность, открытая в 1970 г. инженером NASA, Аланом Шёном (Alan Schoen), разрабатывавшим сверхлегкие и сверхпрочные конструкции. Впоследствии, гироиды были найдены во многих природных объектах, в частности, в чешуйках крыльев бабочек.

Новое открытие стало итогом 20-летнего поиска Вайснером и его коллегой и соавтором новой статьи в Science Advances, Солом Грюнером (Sol Gruner), путей синтеза гироидного сверхпроводника. Решающими для успеха этого предприятия оказался выбор материала — нитрида ниобия (NbN) — и большое везение.

Ученые использовали органические блочные сополимеры для формирования из соль-гелевого оксида ниобия (Nb2O5) трёхмерной гироидной структуры. Самосборка, индуцированная испарением растворителя, привела к созданию двух переплетенных гироидов, а последующий отжиг при температуре 450 °C удалил один из них.

На следующем этапе, материал нагревали до 700 °C в атмосфере аммиака, что приводило к преобразованию оксида ниобия в нитрид. И здесь вмешалась удача. Полученный образец не обладал сверхпроводимостью, но после повторного нагрева уже до 850° и последующего охлаждения оказался сверхпроводящим.

«Мы пытались сразу нагревать до 850°, но это не давало результата, — рассказал Вейснер. — Метод работал в том и только в том случае, если мы нагревали образец до 700°, охлаждали его, нагревали до 850° и снова охлаждали». Вейснер признался, что его группа так и не нашла объяснения, почему работает именно такая процедура, и продолжает изучать этот вопрос.

Главный итог этой работы заключается в том, что ученые наконец получили в свои руки способ изготовления мезоструктурированных сверхпроводников, что открыло перед ними ранее недоступные перспективы изучения новых свойств и температур перехода.

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