Сверхпроводимость — уникальное состояние, при котором материалы проводят ток без сопротивления и потерь энергии. Сегодня она достигается лишь при сверхнизких температурах (ниже −140 °C), что ограничивает массовое применение. Однако исследователи из Центра квантовых метаматериалов МИЭМ ВШЭ совместно с учёными МФТИ, МИФИ и Федерального университета Пернамбуку (Бразилия) обнаружили способ преодоления этого барьера.
Ключевой прорыв связан с управлением дефектами — нарушениями кристаллической решётки материала. Вместо борьбы с неизбежными дефектами команда предложила распределять их по заданным схемам, создавая «коррелированный беспорядок». Профессор МИЭМ ВШЭ Алексей Вагов поясняет:
Представьте толпу людей, хаотично движущихся в разные стороны, — это классический беспорядок. А теперь вообразите, что те же люди двигаются по сложной, но скоординированной схеме, как в массовом танце, — так выглядит коррелированный хаос. Оказалось, что в сверхпроводниках такой беспорядок приводит к тому, что дефекты начинают способствовать сверхпроводимости.
В традиционных материалах переход в сверхпроводящее состояние происходит поэтапно: сначала возникают изолированные «островки», которые объединяются лишь при дальнейшем охлаждении. Моделирование двумерных систем показало, что коррелированный беспорядок меняет этот процесс: сверхпроводимость мгновенно охватывает весь материал при более высокой температуре.
Открытие особенно актуально для тонких сверхпроводящих плёнок. Задавая расположение дефектов на этапе синтеза, инженеры смогут проектировать материалы с заданными свойствами. Регулирование расположения дефектов на микроуровне может стать ключом к созданию сверхпроводников, которые будут работать при гораздо более высоких температурах — возможно, даже при температуре окружающей среды. В таком случае сверхпроводимость перестанет быть явлением, доступным только для научных экспериментов, и станет доступной для использования в повседневной жизни.
Читайте ещё материалы по теме:
В сотни раз быстрее: алгоритм, ускоряющий проектирование патч-антенн разработан учёными МФТИ
