Физика

Студенческий проект по изучению трехкомпонентного сплава привел к открытию нового нетрадиционного сверхпроводника. Тройное соединение никеля, железа и циркония показало куполообразную форму температуры сверхпроводящего перехода.

Сверхпроводники — материалы, способные при определенных условиях передавать энергию без потерь на сопротивление. Их уже используют в сверхпроводящих магнитах для медицинских приборов и в сверхпроводящих кабелях для фундаментальных физических исследований.

Такие материалы, как правило, приходится охлаждать до температур около четырех кельвин с использованием жидкого азота и гелия. Связанные с этим технологические и логистические сложности — ключевое препятствие на пути к более широкому развертыванию технологии.

Ученые ищут материалы, которые могут показывать нулевое сопротивление при более высоких температурах. Важным порогом исследователи считают сверхпроводимость при температуре 77 кельвин — с этого момента для охлаждения вместо жидкого гелия можно использовать более дешевый и простой в обращении жидкий азот.

Высокотемпературная сверхпроводимость может следовать другому механизму, нежели «обычные сверхпроводники», которые следуют устоявшимся теоретическим основам, в частности теории БКШ, Бардина — Купера — Шриффера.

Нетрадиционные сверхпроводники — многообещающее направление исследования высокотемпературных сверхпроводящих материалов. На них ученые возлагают надежды о передаче энергии без потерь в промышленных масштабах.

Исследователи из Токийского столичного университета открыли новый сверхпроводящий материал. Они объединили железо, никель и цирконий, чтобы создать новый цирконид переходного металла с различным соотношением железа к никелю. О результатах физики рассказали в статье для издания Journal of Alloys and Compounds.

Они впервые показали, что поликристаллический сплав железа, никеля и циркония проявляет сверхпроводящие свойства. Отдельно цирконид железа и цирконид никеля не являются сверхпроводящими в кристаллической форме, но их смесь значительно отличается по свойствам от отдельных веществ.

Эксперименты с новым материалом начались как студенческий проект. Студенты создавали сплавы железа, никеля и циркония в разных соотношениях методом дуговой плавки. Созданный исследователями сплав имеет ту же кристаллическую структуру, что и тетрагональные циркониды переходных металлов — это семейство перспективных сверхпроводящих материалов. Ученые также обнаружили, что константы кристаллической решетки плавно изменяются в зависимости от соотношения железа к никелю.

Важно, что исследователи нашли область составов смеси, где температура сверхпроводящего перехода повышалась, а затем снова падала. Эта «куполообразная» форма — признак нетрадиционной сверхпроводимости.

Дальнейшие эксперименты подтвердили, что намагничивание цирконида никеля демонстрирует похожую на сверхпроводящий магнитный переход аномалию, что также свидетельствует о нетрадиционной сверхпроводимости.

По словам ученых, найденный ими материал открывает новые возможности для изучения нетрадиционной сверхпроводимости. Они продолжат изучение материала и возможности создания следующего поколения сверхпроводящих устройств на никель-железо-циркониевом сплаве.