Исследователи из Токийского столичного университета открыли новый сверхпроводящий материал. Они объединили железо, никель и цирконий, чтобы создать новый цирконид переходного металла с различным соотношением железа и никеля. В то время как цирконид железа и цирконид никеля не являются сверхпроводящими, новые смеси демонстрируют «куполообразную» фазовую диаграмму, характерную для так называемых «нетрадиционных сверхпроводников» — перспективного направления для разработки высокотемпературных сверхпроводящих материалов, которые могут получить более широкое применение. Исследование опубликовано в журнале Journal of Alloys and Compounds.
Сверхпроводники уже играют активную роль в передовых технологиях — от сверхпроводящих магнитов в медицинских приборах и системах магнитной левитации до сверхпроводящих кабелей для передачи электроэнергии. Однако, как правило, они требуют охлаждения до температуры около 4 Кельвинов, что является ключевым препятствием на пути более широкого внедрения технологии. Ученые находятся в поисках материалов, способных демонстрировать нулевое удельное сопротивление при более высоких температурах, в частности, при 77 Кельвинах, когда для охлаждения материалов можно использовать жидкий азот вместо жидкого гелия.
Хорошая новость заключается в том, что уже начали появляться многообещающие кандидаты, например, сверхпроводники на основе железа, открытые в 2008 году. Становится все более очевидным, что высокотемпературная сверхпроводимость может происходить по иному механизму, чем в «обычных сверхпроводниках», которые следуют устоявшимся теоретическим основам, в частности, теории Бардина-Купера-Шриффера. Материалы с магнитными элементами, или те, которые демонстрируют «магнитное упорядочение», стали рассматриваться как важные для возникновения «нетрадиционной сверхпроводимости».
Группа исследователей под руководством доцента Йошиказу Мизугучи из Токийского столичного университета разработала новый сверхпроводящий материал, содержащий магнитный элемент. Впервые ученые показали, что поликристаллический сплав железа, никеля и циркония проявляет сверхпроводящие свойства. Любопытно, что и цирконид железа, и цирконид никеля не являются сверхпроводящими в кристаллическом виде.
В ходе экспериментов команда соединила железо, никель и цирконий в различных соотношениях с помощью метода, известного как дуговая плавка, и подтвердила, что полученный сплав имеет ту же кристаллическую структуру, что и тетрагональные циркониды переходных металлов — семейство перспективных сверхпроводящих материалов. Также было обнаружено, что постоянные решетки, или длины повторяющихся ячеек, плавно изменяются в зависимости от соотношения железа и никеля. Что особенно важно, была найдена область составов, где температура сверхпроводящего перехода повышалась, а затем снова снижалась. Такая «куполообразная» форма является отличительной чертой нетрадиционной сверхпроводимости.
Дальнейшие эксперименты подтвердили, что намагниченность цирконида никеля демонстрирует аномалию, подобную магнитному переходу, что позволяет предположить тесную связь между полученными результатами и нетрадиционной сверхпроводимостью, возникающей из-за магнитного порядка, обнаруженного в других материалах. Авторы надеются, что новая платформа для изучения нетрадиционной сверхпроводимости сможет вдохновить на новые шаги в понимании ее механизма, а также на практический дизайн передовых материалов для следующего поколения сверхпроводящих устройств.
