Представьте поезд, который летит над рельсами без трения, или зарядку смартфона, где ни один ватт не теряется впустую. Именно такие перспективы открывает сверхпроводимость — явление, при котором электрический ток течёт без сопротивления. Однако десятилетиями оно оставалось доступным лишь при экстремально низких температурах, требующих дорогого охлаждения жидким гелием.
Новое исследование учёных из Утрехтского, Лейденского университетов и Мюнхена приближает заветную цель. Опубликованная сегодня в журнале Science работа показывает: один из двух главных условий сверхпроводимости уже может выполняться при комнатной температуре. Это важный шаг вперёд, хотя полная картина пока не ясна.
Сверхпроводимость требует двух вещей. Во-первых, электроны должны объединяться в пары Купера. Во-вторых, эти пары должны двигаться синхронно — так называемая фазовая когерентность. В обычных сверхпроводниках оба процесса происходят одновременно при очень низких температурах. В высокотемпературных материалах, открытых в 1980-х, ситуация иная.
Учёные выяснили, что пары Купера в таких материалах образуются уже при температурах значительно выше точки перехода в сверхпроводящее состояние. «Клей», удерживающий пары, достаточно прочен, чтобы сохранять их даже при комнатной температуре, — отмечает один из руководителей исследования Ингмар Сварт. Таким образом, узким местом остаётся именно синхронное движение пар.
Для измерений команда создала собственное оборудование, способное различать ток, переносимый отдельными электронами, и ток, переносимый парами. Это позволило напрямую наблюдать, когда и как происходит спаривание. Результаты подтверждают: первая ключевая стадия достижима при обычных условиях.
Если удастся разобраться с фазовой когерентностью, путь к комнатно-температурной сверхпроводимости станет реальным. Тогда появятся сверхэффективные линии электропередач, мощные квантовые компьютеры и магнитные левитирующие поезда без огромных затрат на охлаждение. Исследователи уже планируют сосредоточиться на этой второй задаче.
Открытие не обещает мгновенного прорыва, но чётко указывает, в каком направлении двигаться дальше. Теперь ясно, что одна из главных преград преодолима — и это вселяет обоснованную надежду.
