Студенческий проект привел к открытию необычного сверхпроводника
Ученые из Токийского столичного университета в процессе развития студенческого научного проекта открыли новый сверхпроводящий материал, который может стать шагом к созданию революционных высокотемпературных сверхпроводников для широкого применения. Группа исследователей под руководством доцента Есикадзу Мидзугути синтезировала сплав из железа, никеля и циркония, который демонстрирует свойства сверхпроводимости. Это открытие обещает новые перспективы в разработке материалов для передовых технологий.
Сверхпроводимость, феномен, при котором электрическое сопротивление материала становится равным нулю, уже активно используется в медицине, транспорте и энергетике. Однако существующие сверхпроводники требуют экстремально низких температур (около четырех Кельвинов), что ограничивает их использование из-за необходимости охлаждения жидким гелием. Ученые по всему миру ищут материалы, которые могли бы проявлять сверхпроводимость при более высоких температурах, например, при 77 Кельвинах, когда можно использовать жидкий азот, более дешевый и доступный охладитель.
С момента открытия железосодержащих сверхпроводников в 2008 году исследователи начали переосмыслять механизмы сверхпроводимости. Если «классические» сверхпроводники подчиняются теории Бардина — Купера — Шриффера, то для так называемых «неклассических» сверхпроводников, включающих магнитные элементы, характерен иной механизм, связанный с магнитным упорядочением.
Новое исследование стало подтверждением важности магнитных свойств в возникновении сверхпроводимости. Несмотря на то, что кристаллические формы цирконидов железа и никеля не обладают сверхпроводящими свойствами, их сплав с различным соотношением этих элементов продемонстрировал необычное поведение. Исследователи использовали метод дуговой плавки, чтобы создать поликристаллические образцы нового материала. Анализ показал, что структура сплава соответствует тетрагональным цирконидам переходных металлов — семейству перспективных сверхпроводящих материалов.
Особый интерес вызвала диаграмма фазового перехода, демонстрирующая характерную «куполообразную» форму. В определенной области состава температура перехода в сверхпроводящее состояние возрастала, достигая максимума, а затем снижалась. Этот «купол» считается важным признаком неклассической сверхпроводимости. Кроме того, аномалии в магнитных свойствах никель-цирконида подтвердили связь между магнитным упорядочением и сверхпроводимостью в исследуемом материале.
Исследование начиналось как проект для студентов, но его результаты открыли впечатляющие возможности для изучения механизма неклассической сверхпроводимости. Ученые надеются, что их работа послужит основой для разработки материалов, способных функционировать в условиях, более близких к реальным промышленным требованиям.
Ранее ученые обнаружили новые свойства алмазных полупроводников.
