Физики разработали новую структуру на основе никеля с высокотемпературной сверхпроводимостью

Ученые давно ищут сверхпроводник, работающий при комнатной температуре и атмосферном давлении — вещество, способное проводить ток без сопротивления в этих условиях. Это смогло бы революционизировать энергопотребление человечества.

Сверхпроводимость без необходимости сильно охлаждать материал с помощью азота, гелия, дорогих и сложных систем охлаждения значительно сократит потери энергии на нагрев при передаче электричества, что приведет к существенному повышению эффективности и снижению затрат. 

Высокотемпературными считаются сверхпроводники, теряющие сопротивление при температуре ниже 77 кельвин, ниже точки кипения азота. До сих пор их в основном создавали на основе соединений меди и железа. При условии высокого давления среды, сверхпроводники на основе никеля тоже работали нужным образом.

Ученые синтезировали тонкие пленки бислойного никелата (La₂.₈₅Pr₀.₁₅Ni₂O₇) и обнаружили, что один из образцов ведет себя как высокотемпературный сверхпроводник при нормальном атмосферном давлении. Работа опубликована в журнале Nature.

Эта работа — часть долгосрочного проекта, направленного на поиск высокотемпературных сверхпроводников на основе никеля. Она велась три года и включала выращивание никелатов с контролируемым замещением редкоземельных металлов и точным регулированием содержания кислорода в пленках.

Для высокотемпературных сверхпроводников есть еще один важный порог температуры — 40 кельвинов, -233 градуса Цельсия. За этой границей традиционные теории сверхпроводимости предсказывают свойства сверхпроводника хуже, чем при более низких температурах.

Новый высокотемпературный никелатовый сверхпроводник исследователи обнаружили в ходе экспериментов с эпитаксиально выращенными тонкими пленками бислойного никелата. В последнем успешном эксперименте ученые заменили часть лантана на празеодим в структуре никелата. Тесты показали, что материал переходит в сверхпроводящее состояние при температуре около -228 градусов Цельсия.

Ученые предполагают, что их разработка высокотемпературного никелатового сверхпроводника откроет двери для других исследований и структур — как на основе никеля, так и на основе других металлов. Это также может помочь ученым понять, почему некоторые материалы могут переходить в сверхпроводящее состояние.