Изучение трехкомпонентного сплава в рамках студенческого проекта позволило обнаружить новый, нетрадиционный сверхпроводник. Сплав, состоящий из никеля, железа и циркония, продемонстрировал куполообразную зависимость температуры сверхпроводящего перехода.
Сверхпроводники — это материалы, которые при соблюдении определенных условий обеспечивают передачу энергии без каких-либо потерь из-за сопротивления. В настоящее время они применяются в сверхпроводящих магнитах, используемых в медицинском оборудовании, а также в сверхпроводящих кабелях, предназначенных для проведения фундаментальных физических исследований.
Для работы этим материалам требуется охлаждение до температур приблизительно четыре кельвина, что обычно осуществляется с помощью жидкого азота и гелия. Сложности, возникающие в процессе реализации и организации этого, являются основным сдерживающим фактором для более масштабного внедрения технологии.
Ученые работают над поиском материалов, демонстрирующих нулевое сопротивление при повышенных температурах. Считается, что сверхпроводимость при температуре 77 кельвин является важным этапом, поскольку с этого момента для охлаждения можно использовать не жидкий гелий, а использовать более дешевый и простой в обращении жидкий азот.
Высокотемпературная сверхпроводимость, возможно, обусловлена иным механизмом, чем у «обычных сверхпроводников», поведение которых объясняется общепринятыми теоретическими моделями, например, теорией БКШ (Бардина — Купера — Шриффера.
Необычные сверхпроводники представляют собой перспективное направление в изучении высокотемпературных сверхпроводящих материалов. Исследователи рассчитывают, что они позволят осуществлять передачу энергии без потерь в промышленных масштабах.
Ученые из Токийского столичного университета сообщили об открытии нового сверхпроводящего материала. Для его создания они использовали железо, никель и цирконий, разработав новый цирконид переходного металла с варьируемым соотношением железа и никеля. О результатах физики рассказали в статье для издания Journal of Alloys and Compounds.
Впервые было продемонстрировано, что поликристаллический сплав, состоящий из железа, никеля и циркония, обладает сверхпроводящими свойствами. Кристаллическая форма цирконида железа и цирконида никеля не проявляет сверхпроводимости, однако их комбинация демонстрирует существенное отличие в характеристиках по сравнению с каждым компонентом по отдельности.
Изначально эксперименты с новым материалом представляли собой студенческий проект. Студенты создавали сплавы железа, никеля и циркония в различных пропорциях, используя метод дуговой плавки. Полученный исследователями сплав обладает кристаллической структурой, аналогичной тетрагональным цирконидам переходных металлов – группе перспективных сверхпроводящих материалов. Ученые также установили, что константы кристаллической решетки плавно изменяются в зависимости от соотношения железа к никелю.
Учёные выявили диапазон составов смеси, в котором температура сверхпроводящего перехода возрастала, а затем снижалась. Такая «куполообразная» зависимость указывает на проявление нетрадиционных свойств сверхпроводимости.
Последующие исследования продемонстрировали, что цирконид никеля подвержен намагничиванию демонстрирует похожую на сверхпроводящий магнитный переход аномалию, что также свидетельствует о нетрадиционной сверхпроводимости.
Ученые заявили, что обнаруженный ими материал предоставляет новые перспективы для исследования нетрадиционной сверхпроводимости. В дальнейшем они планируют продолжить изучение этого материала и разработку сверхпроводящих устройств нового поколения, использующих никель-железо-циркониевый сплав.