Суть проблемы
Сегодня сверхпроводники (материалы с нулевым электрическим сопротивлением) применимы лишь в узких сферах:
- требуют экстремально низких температур (часто ниже −200 °C);
- нуждаются в дорогостоящем охлаждении (жидкий гелий/азот);
- не подходят для массовых систем энергопередачи или бытовой электроники.
Без решения этой проблемы потенциал сверхпроводников остаётся нереализованным.
Что предложили исследователи
Команда под руководством профессора Зи‑Куй Лю разработала гибридный подход:
- Теория Бардина‑Купера‑Шриффера (БКС) — объясняет низкотемпературную сверхпроводимость через образование куперовских пар (электронов, связанных фононами — колебаниями атомной решётки).
- Теория функционала плотности (DFT) — квантово‑механическое моделирование поведения электронов.
- Теория зентропии — связывает электронную структуру материала с температурными изменениями, предсказывая переход в сверхпроводящее состояние.
Ключевой инсайт: даже DFT, не предназначенная для сверхпроводников, даёт подсказки о стабильности «электронной супермагистрали» при повышении температуры.
Как это работает: метафора «автобана»
Профессор Лю сравнивает сверхпроводимость с идеальным автобаном:
- В обычных проводниках электроны «сталкиваются с препятствиями» (атомами), теряя энергию в виде тепла.
- В сверхпроводнике куперовские пары движутся синхронно по «прямому туннелю» без сопротивления.
- Теория зентропии показывает, при какой температуре этот «туннель» разрушается.
Почему это важно
Если удастся создать сверхпроводники, работающие при умеренных температурах, это:
- сократит потери энергии при передаче на дальние расстояния;
- удешевит МРТ и другие медицинские технологии;
- ускорит развитие квантовых компьютеров;
- сделает реальностью поезда на магнитной подушке (маглевы).
Достижения и прогнозы
Команда Лю:
- успешно предсказала сверхпроводимость в материалах, необъяснимых классической теорией БКС;
- обнаружила потенциальную сверхпроводимость у меди, серебра и золота (при экстремально низких температурах);
- планирует искать новые кандидаты среди 5 млн материалов в базах данных.
Следующий этап — изучить влияние давления на критическую температуру сверхпроводимости и протестировать перспективные образцы в экспериментах.
Препятствия на пути к «комнатному» сверхпроводнику
- Отсутствие единой теории — нет консенсуса о механизмах высокотемпературной сверхпроводимости.
- Технические ограничения — даже перспективные материалы могут требовать высокого давления или сложной структуры.
- Воспроизводимость — предыдущие заявления о «комнатном» сверхпроводнике (например, LK‑99 в 2023 г.) не подтвердились независимыми исследованиями.
Перспективы
Хотя сверхпроводники при комнатной температуре пока не созданы, прогресс очевиден:
- новые методы моделирования сужают круг поиска;
- междисциплинарный подход (квантовая механика + статистическая физика) открывает неожиданные решения;
- поддержка Министерства энергетики США ускоряет прикладные исследования.
Как отмечает Лю: «Мы не просто объясняем известное — мы создаём основу для открытия чего‑то совершенно нового». Если учёным удастся найти материал, сохраняющий сверхпроводимость при умеренных условиях, это станет технологической революцией XXI века.
Источник: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/10/251030075132.htm
Если вам понравился материал, кликните значок - вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал - не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!
