Версия для слабовидящих
Предложен принципиально новый подход к созданию высокотемпературных сверхпроводников Печать Email
Новости науки
06.12.2013
Вера Смолянинова из Тоусонского и Игорь Смолянинов из Мэрилендского университетов (оба — США) намереваются производить новые высокотемпературные сверхпроводники на основе метаматериалов — искусственных структур с необычными параметрами — вроде тех, что уже пытаются использовать для создания плащей-невидимок и суперлинз.

Такой материал должен совмещать в себе обычный низкотемпературный сверхпроводник и диэлектрик.

Неужели мы наконец-то получим сверхпроводник, способный работать с большими плотностями тока уже при температуре жидкого азота? (Фото Charles D. Winters / Science Photo Library.)


Работа американских учёных вдохновлена теоретическим описанием сверхпроводимости, изложенным в 1973 году советским физиком Давидом Киржницем и группой его коллег: сила взаимодействия между электронами в сверхпроводнике обратно пропорциональна диэлектрической проницаемости (ε).

Прежде чем продолжать, слегка отвлечёмся. Обычная сверхпроводимость возникает, когда электроны в проводнике взаимодействуют так сильно, что формируют пары. Как только интенсивность взаимодействия падает ниже критической точки (в большинстве случаев — не теплее 140 К), сверхпроводимость исчезает.

Метаматериалы сегодня используются для создания покрытий с отрицательным показателем преломления. Но что если сознательно сделать их такими, чтобы они показывали отрицательную диэлектрическую проницаемость, и именно это качество материала «заострить» до крайности?

В своём препринте Смоляниновы полагают, что при диэлектрической проницаемости около нуля (ε-near-zero, ENZ, как они это называют) ENZ-метаматериалы могут послужить новой дорогой в этом направлении. Конструктивно они должны быть смесью диэлектрических компонентов и металлов, таких как ртуть и свинец, являющихся сверхпроводниками при температурах ниже 10 К.

Согласно авторам, для этого в такие металлы надо случайным образом включить наночастицы из диэлектрика (они предлагают титанат стронция), расстояния между которыми были бы меньше типичного для пар электронов в обычных сверхпроводниках. В данном случае это около 100 нм, и именно поэтому лучше использовать титанат стронция, благо есть методы производства его наночастиц особо малых размеров.

Есть и альтернативный «гиперболический» подход: металлы из указанного ряда можно переложить слоями из диэлектриков со сходным шагом между слоями, но такой метаматериал произвести будет несколько сложнее. По идее, он сходен с уже используемым диборидом магния. Однако выдержать нужную толщину отдельных слоёв и адаптировать послойные материалы к свинцу или ртути будет не так уж просто.

Хотя всё это — пока лишь многообещающий теоретический подход, в качестве следующего шага исследователи заявляют его реализацию в экспериментах. «Мы разрабатываем такие метаматериалы и сейчас готовим соответствующие опыты», — поясняет Вера Смолянинова. По всей видимости, первыми будут образцы высокотемпературных сверхпроводников с наноточками, и только потом появятся более сложные «гиперболические» метаматериалы-сверхпроводники.

Сравнение кристаллографического образца купратных сверхпроводников (а) и геометрии многослойного гиперболического метаматериала (b), предложенного исследователями (иллюстрация Igor I. Smolyaninov, Vera N. Smolyaninova).


Конечная цель учёных — поднятие температуры таких сверхпроводников выше точки кипения азота. Иные из вас непременно спросят: зачем, когда уже есть сверхпроводники на керамике, в принципе работающие при этой температуре? Однако плотность тока в них невелика, в то время как у металлов — «стандартных» сверхпроводников она зачастую значительно выше, что позволяет говорить о долгожданном практическом использовании новых «метасверхпроводников» уже в обозримом будущем.

Препринт исследования доступен на сайте arXiv.

Подготовлено по материалам Physicsworld.Com.

Материал подготовлен при поддержке проекта

Источник - http://compulenta.computerra.ru/veshestvo/materialovedenie/10010433/

 

Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта