Ученые обнаружили совершенно новый метод поиска материалов-сверхпроводников — веществ, которые способны передавать электричество без каких-либо потерь энергии.
Когда электрический ток проходит через провода, часть энергии неизбежно теряется в виде тепла. Однако в сверхпроводниках этого не происходит — электроны движутся без сопротивления, не теряя ни капли энергии. Проблема заключается в том, что большинство известных сверхпроводников функционируют только при крайне низких температурах, приближающихся к абсолютному нулю, что делает их непрактичными для повседневного использования.
Открытие специалистов Университета штата Пенсильвания может стать прорывом в энергетике и электронике, если с помощью новой технологии удастся выявить материалы, работающие при комнатной температуре.
«Наша цель всегда заключалась в повышении температуры, при которой сохраняется сверхпроводимость. Но сначала мы должны четко понять, как эта сверхпроводимость возникает, и именно здесь актуальна наша работа», — отмечает руководитель исследования, профессор материаловедения Цзы-Куй Лю.
На протяжении многих лет ученые использовали теорию Бардина-Купера-Шриффера (БКШ) для объяснения работы низкотемпературных сверхпроводников. Согласно данной теории, электроны образуют пары Купера и движутся синхронно через материал, избегая столкновений с атомами. «Представьте себе супермагистраль только для электронов. Если имеется слишком много путей, электроны сталкиваются с преградами и теряют энергию. Но если создать для них прямой туннель, как автобан в Германии, они могут двигаться быстро и свободно без сопротивления», — объясняет Лю.
Уникальность подхода, разработанного учеными, заключается в объединении классической теории БКШ с современными вычислительными методами через новую концепцию, названную теорией зентропии. Эта теория связывает электронную структуру материала с изменениями его свойств в зависимости от температуры, что позволяет предсказать момент перехода в сверхпроводящее состояние.
Применяя новый метод, ученые успешно предсказали сверхпроводящее поведение как в обычных, так и в высокотемпературных материалах, включая те, которые традиционная теория объяснить не смогла. Неожиданно метод также предсказал потенциальную сверхпроводимость в меде, серебре и золоте — металлах, которые обычно не рассматриваются как сверхпроводники. Однако для появления уникальных сверхпроводящих свойств в этих металлах все же требуются крайне низкие температуры.
Теперь специалисты планируют проанализировать базу данных из пяти миллионов материалов, чтобы найти новых кандидатов в сверхпроводники. «Мы не просто объясняем уже известное. Мы создаем основу для открытия чего-то совершенно нового. В случае успеха наш метод может привести к открытию высокотемпературных сверхпроводников, работающих в практических условиях, возможно, даже при комнатной температуре, если они существуют. Такой прорыв мог бы оказать значительное влияние на современные технологии и энергетические системы», — подводит итог Лю.
Фото: hi-tech.mail.ru