Новий клас надпровідників: сполуки нікелю обіцяють прорив у науці

Нове відкриття в галузі фізики матеріалів викликало жваве зацікавлення серед учених. Дослідники з Південного університету науки та технологій (Sustech) у китайському місті Шеньчжень повідомили про важливі ознаки надпровідності у тонкій плівці кристалів оксиду нікелю. Це дослідження, опубліковане 17 лютого в журналі Nature, демонструє, що нікелати можуть переносити електричний струм без опору за температури -228 °C без потреби в екстремальному тиску.

До цього часу відомі високотемпературні надпровідники включали лише два класи керамічних матеріалів: купрати, що містять мідь, і пніктіди, які базуються на сполуках заліза. Нові дані вказують на те, що нікелати можуть стати третім класом так званих «нетрадиційних надпровідників», які працюють за значно вищих температур, ніж класичні металеві надпровідники, відомі ще з 1957 року.

Дослідник Дафен Лі з Гонконзького міського університету зазначає, що вивчення нікелатів відкриває перспективу підвищення критичної температури надпровідності та створення матеріалів, які працюватимуть за кімнатної температури. Це могло б суттєво здешевити такі технології, як магнітно-резонансна томографія, а також забезпечити прорив у створенні енергоефективних електронних пристроїв та потужних магнітів.

Надія на високотемпературну надпровідність у нікелатах виникла ще у 2019 році, коли команда Лі вперше зафіксувала надпровідні властивості цих матеріалів при дуже низьких температурах. Оскільки нікелати мають структурну подібність до купратів, вчені припустили, що їх можна змусити працювати за більш сприятливих умов. У 2023 році незалежні дослідники продемонстрували надпровідність у нікелатах, однак лише під високим тиском, що обмежувало можливість їхнього практичного використання.

Справжній прорив стався в грудні 2023 року, коли фізики зі Стенфордського університету вперше зафіксували надпровідність нікелатів за нормального атмосферного тиску. В останньому дослідженні команда Sustech пішла ще далі, довівши, що ці кристали не лише втрачають електричний опір при певній температурі, а й виштовхують магнітні поля, що є ключовою ознакою надпровідного стану.

Попри обнадійливі результати, дослідники наголошують, що нікелати ще не досягли температури, за якої надпровідність проявляється у купратів, що можуть працювати при -123 °C. Підвищення критичної температури цих матеріалів є пріоритетом для науковців.

За словами одного з авторів дослідження, фізика Чжоую Чена з Sustech, зараз команда експериментує з різними методами зміни складу матеріалу та умов його вирощування, щоб покращити його властивості. Інший експерт, Лілія Боері з Римського університету Сапієнца, зазначає, що можливість точно контролювати параметри нікелатів під час їхнього створення надає унікальні можливості для розгадки механізмів високотемпературної надпровідності.

Нікелати, як і купрати, мають складну електронну структуру, яка досі не піддається повному теоретичному поясненню. Це створює додаткові труднощі у прогнозуванні їхньої поведінки. Однак розуміння механізмів надпровідності в цих матеріалах може допомогти вченим розробити штучні надпровідники, що працюватимуть за звичайних умов і відкриють нові горизонти в енергетиці, транспорті та квантових обчисленнях.