Счупен е дългогодишен рекорд за свръхпроводимост при висока температура и нормално налягане

Счупен е температурния рекорд за свръхпроводимост при нормално налягане - постижение, което в крайна сметка би могло да доведе до по-ефективни начини за генериране, предаване и съхраняване на енергия.

Изследователи от Университета в Хюстън постига температура на преход (Tc) от 151 Келвина (около минус 122 градуса по Целзий) при нормално налягане - най-високата, регистрирана някога за всички докладвани свръхпроводници при нормално налягане от откриването на свръхпроводимостта през 1911 г. Температурата на преход е точката, под която материалът става свръхпроводящ, което означава, че електричеството може да тече през него без съпротивление.

Повишаването на тази температура е основна цел в изследванията на свръхпроводимостта от десетилетия. Колкото повече изследователите доближават Tc до стайната температура, толкова по-практични и достъпни биха могли да станат свръхпроводящите технологии.

Изследването е публикувано в Proceedings of the National Academy of Sciences.

"Преносът на електроенергия в мрежата води до загуба на около 8% от електроенергията", обяснява Чън-У Чу (Ching-Wu Chu), професор по физика от Университета на Хавай, директор-основател на Тексаският център за свръхпроводимост към Университета в Хюстън (TcSUH) и старши автор на статията. "Ако запазим тази енергия, това са милиарди долари спестявания, а също така ни спестява много усилия и намалява въздействието върху околната среда."

Свръхпроводниците позволяват на електричеството да протича без съпротивление, което ги прави полезни за подобряване на електрическите мрежи, изграждане на усъвършенствани системи за медицински изследвания, създаване на технологии за термоядрен синтез и по-бърза електроника. Повечето свръхпроводници обаче трябва да се охлаждат до изключително ниски температури, което ги прави скъпи и трудни за използване.

"След като доведем материала до нормално налягане, за учените става много по-достъпно да използват добре разработена апаратура, за да го изследват и да доразвият технологии за операции при стайни условия", коментира Ляндзъ Дън (Liangzi Deng), доцент по физика, главен изследовател в TcSUH и водещ автор на статията.

Кредит: Texas Center for Superconductivity at the University of Houston (TcSUH)

Преодоляване на температурната бариера

В продължение на повече от половин век учените постигат постоянен напредък в търсенето на нови видове свръхпроводящи материали с по-висока Tc. Откритие от 1987 г. на Чу и колегите му установява, че материал, наречен YBCO, достига свръхпроводимост при минус 180 градуса по Целзий или 93 К, с което се поставя началото на световната надпревара за разработване на високотемпературни свръхпроводници.

Впоследствие, през 1993 г. е открита керамика на основата на живак, наречена Hg1223, която е свръхпроводима до минус 140 градуса по Целзий или 133 К и досега държи рекорда за налягане и Tc.

Сега екипът на Университета в Хюстън увеличава Tc с 18 градуса по Целзий, за да достигне 151 K.

Този напредък е осъществен чрез техника, наречена "закаляване под налягане" – нов подход за свръхпроводници, макар и често използван в други области, като например създаването на диаманти. При този метод изследователите първо прилагат интензивно налягане върху материала, за да подобрят неговите свръхпроводящи свойства и да повишат температурата му на преход.

Докато материалът е под налягане, той се охлажда до определена температура и бързо се освобождава напълно от налягането, като ефективно "заключва" подобрените свръхпроводящи свойства. Използвайки този метод, изследователите успяват да запазят по-високата Tc дори след премахване на налягането, което позволява на материала да остане стабилен при нормални условия.

"Други изследователи вече са демонстрирали, че постигането на свръхпроводимост при стайна температура и налягане е постижимо", отбелязва Чу. "Нашият метод показва, че е възможно да се запази това състояние без поддържане на високо налягане."

Електронни структури на Hg1223 от 0 до 15 GPa. Нивото на Ферми е подравнено с нулева енергия в графиките на лентовата структура, които са представени с плътни линии. Кредит: Proceedings of the National Academy of Sciences (2026). DOI: 10.1073/pnas.2536178123

Въпреки че свръхпроводимостта при нормално налягане и стайна температура – ​​около 300 K – остава крайната цел, изследователите заявяват, че новият рекорд представлява важна стъпка напред и е значим в областта на свръхпроводимостта.

"Това откритие има голям потенциал", коментира Чу. "Уверени сме, че с достатъчно хора, работещи по него, и с достатъчно време, би трябвало да можем да реализираме потенциала."

Чу и Дън са съавтори и на съпътстваща перспективна статия. Допълнителната статия, публикувана също в PNAS, очертава шест различни метода за настройване или трансформиране на материали за постигане на свръхпроводимост при по-високи температури, един от които е закаляване под налягане.

Повече от век за физиците свръхпроводимостта при стайна температура е "Свещеният граал". Резултатът на екипа от Университета в Хюстън показва, че тази цел е по-близо от всякога. Разстоянието между новия рекорд, поставен в това проучване, и стайната температура обаче все още е около 140 градуса по Целзий. Затварянето на тази разлика ще изисква съгласувани, целенасочени усилия от страна на по-широката научна общност, включително учени по материалознание, химици и инженери, както и физици.

Справка: Liangzi Deng et al, Ambient-pressure 151-K superconductivity in HgBa₂Ca₂Cu₃O_8+δvia pressure quench, Proceedings of the National Academy of Sciences (2026). DOI: 10.1073/pnas.2536178123

Източник: Physicists break longstanding high-temperature superconductivity record at ambient pressure, Kelly Schafler, University of Houston

Още по темата

16/10/2025

Физика

Учени са създали "невъзможно" междинно състояние между свръхпроводимост и изолация

01/04/2025

Физика

Високотемпературен свръхпроводящ оксид без мед са открили физици от Сингапур

31/03/2025

Физика

Ново свръхпроводящо състояние може да проправи пътя на свръхпроводник при стайна температура

13/02/2025

Физика

Стабилизирани са свръхпроводящи състояния при нормално налягане