О том, что явление сверхпроводимости это не только «пустая» теория, но и полезная практика, стало известно ровно семьдесят лет назад, хотя первые данные о теоретическом существовании сверхпроводников появились в среде людей науки ещё в начале прошлого века. Но в 50-е годы века двадцатого как раз удалось на физическом уровне «пощупать» сверхпроводящие соединения, имеющие достаточную плотность электрического тока и обладающие необходимыми параметрами магнитной индукции. И вот в XXI веке сверхпроводимость наконец стала использоваться на практике.
А мы вспомним, что явление электрического тока всегда сопровождается магнитным полем. И если сверхпроводники обеспечить внешней средой, состоящей из сверхнизких температур, то такие элементы передают ток без потерь. Поэтому лучшего материала для выпуска электромагнитов не найти.
Отметим, что именно элементы, позволяющие использовать явление сверхпроводимости, внедрены в конструкцию блока электронной томографии. Именно магниты со сверхпроводящими свойствами, расположенные в нескольких сантиметрах от тела человека, позволяют получить условные снимки тканей человеческого организма с высокоточными характеристиками, избегая процедуры по скальпированию.
В электротехнике сейчас пользуются популярностью сплавы на основе химических соединений ниобия с титаном и ниобия с оловом. Такие элементы задействуются при создании многожильных проводников.
Используется явление низкотемпературной сверхпроводимости (НТСП) и при конструировании высокоэффективных рефрижераторов. Именно в таких охладительных блоках особенно заметен прогресс в переходе хладагентов с низкой температурой кипения к более высокой, последовательно минуя такие элементы, как жидкий гелий и водород, перейдя на более «высокотемпературные» неон и азот.
Устройство МРТ
И вот тут мы наиболее близко приблизились к разговору о гигантских электромагнитных системах, без наличия которых не обойтись в создании работающих моделей термоядерного синтеза. И действительно, в СССР ученые смогли запустить первыми в мире установку Т-7, где использовались катушки со сверхпроводящими свойствами.
Используются такие катушки и для нормальной работы водородных камер, встроенных в большие ускорители частиц.
И уже в наше время исследование сверхпроводимости и её внедрение для решения практических задач – это не удел ученых-теоретиков и их коллег по проектированию термоядерных реакторов в отдалённом будущем, а вполне рабочая схема, используемая при проектировании электромоторов, токопроводящих кабелей, сепараторов на магнитах, различных датчиков и иного оборудования.
Применяются сверхпроводники и в конструкциях, защищающих от вредного характера ядерной детонации и в основных элементах микроволновых модулей.
Именно благодаря термоядерному солнцу функционирует наше светило – Солнце
Так магниты со свойствами НТСП позволяют надеяться на создание реакторов для термоядерного синтеза, как и уже сейчас разгоняют японские поезда и уже не только японские, двигающиеся на магнитной подушке. А теперь узнав, в каких направлениях используется явление сверхпроводимости, узнаем об очередном прорыве ученых в исследовании.
Так ученые специалисты Ариандо и Стивен Лин Эр Чоу из Сингапура получили перспективное соединение со сверхпроводящими свойствами, в химической формуле которого нет меди. Именно это качество позволило добиться появления эффекта полной сверхпроводимости при относительно «высокой температуре» -233 °C.
Ученые, которые смогли выяснить, что оксиды меди, превращаются в сверхпроводники при температурах, близких к Абсолютному нулю, получили Нобелевскую премию в 1987 году. Но сегодняшнее открытие специалистов физического факультета позволило найти оксид, который работает как сверхпроводник при более высоких температурах, что является своеобразным прорывом.
Именно за открытие керамических материалов, как сверхпроводящего соединения, ученые Георг Беднорц и Карл Мюллер получили Нобелевскую премию по физике в 1987 году.
Конечно, оксиды меди не единственные соединения, как мы поняли из текста выше, которые являются сверхпроводником при сверхнизких температурах. На момент 2025 года таких материалов не меньше нескольких тысяч. Но что хуже всего, все эти тысячи соединений превращаются в сверхпроводники лишь близко к -273 градусов (0 К). Поэтому не может быть и речи о применении таких соединений в практической плоскости.
А вот открытие Йоханнесом Беднорцем и Карлом Мюллером оксидов меди, как сверхпроводников, превращающихся в материалы с таковыми свойствами при -243 градусах по шкале Цельсия (30К), позволило получить соединения, превосходящие сверхпроводники более раннего времени. Причем соединения на основе меди при температуре в 30К не требуют сжатия собственной кристаллической решетки, превращаясь в истинный сверхпроводник «и так».
Установка термоядерного синтеза из КНР
И вот тут научные изыскания Ариандо и Чоу позволили предсказать ещё не открытые соединения, работающие в качестве сверхпроводников с температурой выше, чем у медных оксидов.
Прогресс в создании и открытие сверхпроводящих соединений и элементов
Так на основе феноменологической модели был создан (Sm-Eu-Ca)NiO₂, обладающий нулевым сопротивлением при температуре примерно равной 40K.
Данное открытие со 100% вероятностью позволило установить, что высокотемпературная сверхпроводимость – это не только медь со своими окислами, но и другие химические соединения и элементы периодической таблицы Менделеева.
Именно создание нового оксидного соединения позволит ученым существенно продвинуться в практическом использовании сверхпроводящих элементов в электронике «завтрашнего дня».
Выводы
Хотя прямо сейчас открытие не позволит «за один день» создать работающую модель условного термоядерного реактора, который может использоваться как бездонный источник дармовой энергии, и удержать раскалённую до многих миллионов градусов газовую плазму, в недалёком будущем текущие успехи профессора Ариандо и доктора Чоу позволяют проложить дорогу для появления сверхпроводников, становящихся таковыми при более высоких температурах, чем показатели в 30K как оксидов меди или 40K как у оксидов никеля. Именно ещё не открытые, но близкие к открытию соединения позволяют получить сверхпроводящие «материалы будущего», без которых не обойдутся в электронике и продвинутых энергоэффективных системах, как и построить работающий термоядерный реактор.