Ученые синтезировали разработанный с помощью компьютера сверхпроводник

Исследователь из университета в Бингемтоне и его международные коллеги сообщили на этой неделе, что они успешно синтезировали первый сверхпроводник, разработанный полностью на компьютере. Результаты их работы были опубликованы в журнале «Physical Review Letters».

Алексей Колмогоров, доцент кафедры физики в Бингемтоне, предложил новый сверхпроводник еще в 2010-м году, о чем уже ранее было сообщение в том же журнале, а затем он объединился с ведущими экспериментальными группами в Германии, Бельгии, Италии и Франции для проверки предсказания.

Синтезированный материал, не известное ранее тетраборнокислое соединение железа, получен из двух других обычных несверхпроводящих веществ. Он имеет совершенно новую кристаллическую структуру и обладает неожиданным типом сверхпроводимости для материалов, содержащих железо, как, и было предсказано компьютерными расчетами.

“Примеры, когда получались сверхпроводящие материалы из не сверхпроводящих материалов, уже обнаруживались экспериментально, но это обычно происходило случайно”, – сказал Колмогоров.

До сих пор теория использовалась в основном для исследования механизмов сверхпроводимости и, в очень редких случаях, предлагались способы, как необходимо изменить существующие материалы, чтобы они могли стать сверхпроводящими. Но многие предлагавшиеся ранее вещества оказывались не достаточно стабильными и плохими сверхпроводниками.

Сверхпроводники, которые проводят электрический ток без сопротивления при охлаждении ниже определенной температуры, могут иметь много интересных применений. Например, линии электропередач, изготовленные из сверхпроводящих материалов, могут значительно уменьшить потери энергии при передаче. Сверхпроводящие магниты могут найти применение в высокоскоростных поездах на магнитной подушке и в ветровых турбинах.

Явление сверхпроводимости было открыто давно и исследование показало, что большинство сверхпроводников требуют дорогостоящих механизмов охлаждения. Ученые до сих пор в поиске новых материалов, которые являются сверхпроводниками при более высоких температурах и достаточно дешевые для массового производства.

Более пяти лет назад Колмогоров начал изучать материалы на основе бора, которые имеют исключительно сложные структуры и широкий спектр применения. Он разработал методику вычислений для выявления ранее неизвестных стабильных кристаллических структур без экспериментальных исследований.

Поиск предсказал два перспективных соединения в железо-борной системе, что явилось неожиданностью. Кроме того, расчеты аспирантки Шины Шах (Sheena Shah) показали, что одно из них должно быть сверхпроводником при необычно высокой температуре в 15-20 градусов Кельвина.

Месяцы многократных проверок подтвердили предварительные результаты на стабильность и сверхпроводимость соединения. Тем не менее, в 2010 году теоретическое открытие было встречено многими со скептицизмом.

Наталья и Леонид Дубровинские, профессора в университете города Байройт в Германии, провели годичную серию сложных экспериментов при высоких давлениях и получили очень небольшое количество тетраборнокислого железа с предсказанной кристаллической структурой. Детальные измерения также подтвердили сверхпроводящие свойства материала, который неожиданно оказался еще и исключительно твердым.

«Открытие этого сверхтвердого сверхпроводника показывает, что новые соединения могут появляться после пересмотра, казалось бы, хорошо изученных систем, – говорит Колмогоров. – Теперь, когда этот материал синтезирован, можно видоизменять его, чтобы повысить температуру, при которой он становится сверхпроводником»

В дальнейшем Колмогоров планирует заняться исследованием оксидов металлов. “Они привлекают внимание, потому что они находят применение в качестве катализаторов, фотоэлектрических материалов и защитных покрытий, – говорит он. – Мы надеемся, что наша методология расчетов приведет к более поразительным открытиям”