Южнокорейские ученые объявили о достижении сверхпроводимости при комнатной температуре и обычном атмосферном давлении, используя модифицированную структуру свинца-апатита — LK-99. Это открытие имеет огромное значение, учитывая, что для достижения сверхпроводимости больше не требуются специальные материалы или условия — все результаты были получены буквально на коленке. Сверхпроводимость открывает дорогу, в том числе, к передаче электричества без потерь и доступным квантовым вычислениям. Теперь прорывному исследованию предстоит пройти тщательную проверку и независимое подтверждение результатов.
Статья опубликована на сервере препринтов ArXiv и пока не прошла рецензирование. Группа исследователей, по их словам, достигла сверхпроводника при комнатной температуре, используя модифицированную структуру свинца-апатита — LK-99. В открытии помогло случайное наблюдение. Согласно статье, работая при атмосферном давлении, LK-99 проявляет сверхпроводимость с критической температурой, равной 127°C.
Исследователи продемонстрировали сверхпроводящие свойства LK-99 с помощью различных ключевых параметров, включая критическую температуру (Tc), нулевое сопротивление, критический ток (Ic), критическое магнитное поле (Hc) и эффект Мейсснера (левитация в магнитном поле). Ученые объяснили, что сверхпроводимость LK-99 возникает из-за незначительного структурного искажения, вызванного небольшой объемной усадкой на 0,48%. Это искажение обусловлено заменой ионов Cu2+ на ионы Pb2+ в изоляционной сети Pb, что создает внутреннее напряжение. Уникальная структура LK-99, позволяющая сохранять мельчайшие искажения на уровне кристаллической структуры, обеспечивает сохранение и проявление сверхпроводимости.
Проблема, с которой столкнулись южнокорейские исследователи при открытии «бытовой» сверхпроводимости, заключается в том, что физики имели ограниченное понимание этого явления. Им удалось сделать открытие, используя статистическую термодинамику, основанную на теории жидкостей. По их гипотезе, для достижения сверхпроводимости требовалось ограничить количество электронных состояний, по сути, свести их к одномерным. Кроме того, электрон-электронные взаимодействия должны быть достаточно частыми, чтобы электроны приобрели свойства, присущие жидкости.
Сверхпроводимость при комнатной температуре может произвести революцию во многих аспектах науки и техники. Одно из основных преимуществ сверхпроводников при комнатной температуре — их высокая энергоэффективность. Обычные сверхпроводники требуют очень низких температур, что делает их применение сложным и затратным. Но сверхпроводники, работающие при комнатной температуре, позволяют уменьшить потери энергии в системах передачи и распределения энергии за счет почти отсутствующего электрического сопротивления. Это означает, что энергия может передаваться без потерь и использоваться более эффективно.
Передача электричества без потерь, высокоскоростной транспорт с минимальным энергопотреблением, термоядерные реакторы буквально в каждый город — это и многое другое даст сверхпроводимость при комнатной температуре и обычном давлении. С появлением сверхпроводимости при комнатной температуре квантовые вычисления могли бы стать практичнее и доступнее. Большинство квантовых компьютеров работают при сверхнизких температурах, приближающихся к абсолютному нулю, чтобы минимизировать шум. Это требование экстремального охлаждения не только технически сложно и дорого, но и ограничивает масштабируемость систем квантовых вычислений. Сверхпроводники при комнатной температуре с их способностью проводить электричество без сопротивления обеспечат стабильную и контролируемую среду для кубитов без необходимости сложных систем охлаждения.
Ученые уже более ста лет исследуют эту область, но процесс сверхпроводимости до конца не понятен, а вопрос о том, какие материалы обладают сверхпроводимостью, остается открытым. Два года назад американские ученые заявили о подобном открытии, но были обвинены в подлоге, и их результаты были отозваны из ведущих научных изданий. Открытие корейских исследователей также будет тщательно проанализировано.
