Ученые выяснили, как организованный беспорядок усиливает сверхпроводимость
Сверхпроводимость — особое состояние материала, при котором электрический ток проходит через него без потерь энергии. Обычно в материалах с дефектами она возникает при очень низких температурах и в несколько этапов. Международная команда ученых, включая физиков МИЭМ ВШЭ, показала: если дефекты распределены внутри материала не случайно, а по определенной схеме, сверхпроводимость возникает при более высокой температуре и охватывает весь материал. Данные могут помочь в создании сверхпроводников, работающих без экстремального охлаждения. Исследование опубликовано в журнале Physical Review B.
Сверхпроводимость — это состояние, при котором электрический ток течет через материал без потерь энергии. В обычных проводниках часть энергии уходит в тепло, а в сверхпроводниках этого не происходит: ток движется свободно и не ослабевает. Их уже применяют, например, в аппаратах МРТ, где сверхпроводящие катушки используют для создания магнитных полей. В будущем их также могут внедрять в системы, где важна передача энергии без потерь и быстрая обработка сигналов. Сложность в том, что почти все сверхпроводники работают только при температурах ниже −140 °C, что ограничивает их применение на практике. И чтобы сделать сверхпроводники стабильнее, физики ищут способы повысить их рабочую температуру.
Исследователи из Центра квантовых метаматериалов МИЭМ ВШЭ совместно с коллегами из МИФИ, МФТИ и Федерального университета штата Пернамбуку (Бразилия) показали, что сверхпроводимость можно сделать устойчивее, если управлять расположением дефектов. Дефекты — это отклонения от идеальной кристаллической решетки материала: лишние или пропущенные атомы, примеси, искажения. Обычно они мешают движению электронов и ослабляют сверхпроводимость, но избавиться от них полностью невозможно, особенно в многокомпонентных материалах. Ученые предложили не устранять их, а выстраивать по закономерности. Такое распределение дефектов называется коррелированным беспорядком.
Алексей Вагов
«Представьте толпу людей, хаотично движущихся в разные стороны, — это классический беспорядок. А теперь вообразите, что те же люди двигаются по сложной, но скоординированной схеме, как в массовом танце, — так выглядит коррелированный хаос, — рассказывает профессор Московского института электроники и математики им. А.Н. Тихонова Алексей Вагов. — Оказалось, что в сверхпроводниках такой беспорядок приводит к тому, что дефекты начинают способствовать сверхпроводимости».
Обычно в материалах с дефектами сверхпроводимость возникает в два этапа. Сначала появляются локальные участки, где сверхпроводимость только зарождается, а затем, при понижении температуры, эти участки соединяются, и ток может течь через весь образец. Ученые смоделировали двумерный сверхпроводник с разным распределением дефектов — от случайного до коррелированного, где примеси связаны друг с другом. Результаты показали, что, если беспорядок в материале не хаотичный, а упорядоченный, переход происходит сразу: сверхпроводимость возникает по всей системе одновременно.
Ученые считают, что данные будут полезны при разработке тонких сверхпроводящих пленок, структура которых во многом похожа на ту, что использовалась в модели. При синтезе таких пленок можно заранее задать, где именно будут находиться дефекты, — это удобно и для проверки теории, и для того, чтобы создавать материалы с заданными свойствами.
«Управление расположением дефектов на микроскопическом уровне может помочь создавать сверхпроводники, работающие при гораздо более высоких температурах — возможно, даже при комнатной. Тогда сверхпроводимость перестанет быть редкостью из лабораторий и сможет применяться в обычных устройствах», — комментирует Алексей Вагов.
Работа выполнена при поддержке гранта Минобрнауки 075-15-2025-010 и Программы фундаментальных исследований НИУ ВШЭ в рамках проекта «Центры превосходства».
Вам также может быть интересно:
НИУ ВШЭ начал разработку отечественных технологий связи 6G на базе субтерагерцовой микрорадиоэлектроники
В Высшей школе экономики стартовали масштабные научно-инженерные работы по созданию отечественных технологий для перспективных систем связи шестого поколения (6G). Работы ведутся командой стратегического технологического проекта «Комплекс технологий доверенных систем связи 6G», реализуемого в рамках программы «Приоритет-2030».
Как продлить человеческую жизнь и активное долголетие
Исследования молекулярных механизмов долголетия дают возможность изучить вероятность существенного увеличения продолжительности жизни, в том числе активного долголетия, когда пожилые люди сохраняют трудоспособность и социальные связи. О деятельности Лаборатории исследований молекулярных механизмов долголетия «Вышка.Главное» побеседовала с ее руководителем Максимом Шкурниковым.
Пространство экономических экспериментов: как прошел воркшоп для молодых исследователей
В начале сентября обновленная Лаборатория поведенческой экономики и финансов (ЛПЭФ) провела первый воркшоп для молодых исследователей. Главной особенностью стала опора каждого доклада на результаты лабораторных экономических экспериментов. В частности, ученые рассказали о том, что люди считают справедливой сделкой, как лучше мотивировать сотрудников и как гены влияют на желание сотрудничать и помогать другим. Все заинтересованные студенты и аспиранты были приглашены к сотрудничеству с лабораторией.
«Мы ищем там, где много неизвестного»
Вычислительные методы анализа древних и современных геномов позволяют исследовать процесс формирования генетического разнообразия популяций, изучать историю их перемешиваний и миграций, прослеживать формирование адаптации к окружающей среде. Международная лаборатория вычислительной и статистической геномики НИУ ВШЭ использует математические подходы и генетические данные для решения широкого спектра задач в различных областях — от антропологии и эпидемиологии до криминалистики. Новостная служба «Вышка.Главное» побеседовала с заведующим лабораторией Владимиром Щуром о ее работе.
В Высшей школе экономики открылась межфакультетская Музейная лаборатория
Вышка запустила межфакультетскую Музейную лабораторию, которая станет устойчивым центром экспертной поддержки в сфере музейного дела. Ее миссия связана с изменением современных моделей восприятия культуры и трансформацией институциональной среды. Лаборатория специализируется на модернизации музейных практик и повышении престижа музеев, формируя пространство для профессионального диалога и внедрения инноваций.
Физики предложили новый механизм усиления сверхпроводимости с помощью «квантового клея»
Команда исследователей с участием сотрудников МИЭМ ВШЭ показала, что дефекты в материале могут не снижать, а, наоборот, усиливать сверхпроводимость. Это возможно благодаря взаимодействию дефектных и более чистых областей, которое образует «квантовый клей» — однородную компоненту, связывающую разрозненные сверхпроводящие участки в единую сеть. Расчеты подтвердили, что такой механизм может помочь в создании сверхпроводников, работающих при более высоких температурах. Исследование опубликовано в журнале Communications Physics.
Большие группы студентов эффективнее используют ИИ в обучении
Исследователи Института образования и факультета экономических наук НИУ ВШЭ узнали, от каких факторов зависит качество групповой работы студентов, когда они выполняют ее в сотрудничестве с ИИ. Оказалось, что, помимо уровня знаний команды, важен размер группы: чем она больше, тем эффективнее работа. Статья ученых опубликована в журнале Innovations in Education and Teaching International.
Ученые выяснили, что мозг реагирует на чужие действия, как на свои
Когда мы наблюдаем, как кто-то двигает пальцем, наш мозг не остается в стороне. Работа ученых из НИУ ВШЭ и Лозаннского университетского госпиталя показала, что наблюдение за движением активирует моторную кору так, словно мы сами совершаем это действие, и при этом заглушает ненужные мышцы. Результаты опубликованы в журнале Scientific Reports.
«Будущее не предопределено — мы формируем его решениями сегодня»
Стратегический технологический проект «Национальный центр социально-экономического и научно-технологического прогнозирования» ВШЭ охватывает горизонты от 10 до 30 лет и включает работу над новыми методиками сценарного анализа. Он объединяет исследователей разных направлений и помогает выстраивать целостное видение будущего. Цель проекта — не только построить прогнозы, но и выработать практические рекомендации для государства и бизнеса. О том, зачем учиться ставить правильные вопросы о будущем, рассказала декан факультета мировой экономики и мировой политики ВШЭ Анастасия Лихачёва.
Новый способ описания графена упростит анализ наноматериалов
Международная команда с участием НИУ ВШЭ предложила новый математический способ анализа структуры графена. Ученые показали, что характеристики решетки графена можно связать с моделью трехшагового случайного блуждания частицы. Такой подход позволяет описывать графеновую решетку быстрее и без громоздких вычислений. Исследование опубликовано в журнале Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical.