Нов закон за свръхпроводниците

Свръхпроводимите материали нямат електрическо съпротивление при температури, близки до абсолютната нула.

Това означава, че за да се провокира протичането на ток в свръхпроводник, се изисква много малко количество енергия.

Такива устройства като компютърните процесори в бъдеще може да се конструират със свръхпроводими материали. Това ще позволи изразходването на много по-малко електроенергия за работата на изчислителните машини, отколкото днес, когато вместо свръхпроводници в процесорите се използват обикновени силициеви схеми.

Трудността на прехода към свръхпроводими технологии се дължи на редица фундаментални физични проблеми, една от които са успели да преодолеят в Масачузетския технологичен институт в рамките на ново изследване.

Изследователите от MIT са извели формула, която свързва дебелината на материала, температурата и електрическото съпротивление, която се оказала справедлива за всеки свръхпроводник.

В своята работа авторите се опирали и на резултатите от предишни анализи и експерименти. Така например било установено, че критичната температура за експлоатация в свръхпроводника представлява функция, зависеща от дебелината на материала, от който той е изготвен, или от показателя за електрическо съпротивление при стайна температура.

За да проверят дали наистина е така, физиците създали свръхпроводници от ниобиев нитрид. Оказало се, че всички тези изводи са неверни.

„Така и не видяхме ясна тенденция. Това беше много странно, тъй като спазвахме всички условия, когато създавахме свръхпроводниците“, разказва водещият автор на изследването Ячин Иври в статия, публикувана в изданието Physical Review B.

За да разберат къде е несъответствието между теорията и практиката, учените провели експеримент по създаването на ултратънък филм, който трябвало да даде по-точни резултати.

Изследователите решили да оставят един от двата параметъра неизменен – дебелината на материала или повърхностното съпротивление (съпротивлението на материала на единица площ). След това, манипулирайки с двата параметъра, Иври и колегите му замервали всяко минимално изменение в показателя за критичната температура на свръхпроводника.

В резултат учените построили точен модел на повторяемост на параметрите и зависимостта на критичната температура от него, а оттам извели универсална формула за тънкослойни свръхпроводници.

„Тези нови знания са приложими за най-широка сфера физични знания. Тънкослойните материали, за които работи нашата универсална формула, са особено интересни от научна гледна точка, тъй като именно те позволяват да се изучи явление със строго квантова природа, известно като преход свръхпроводник–изолатор.

Свръхпроводимостта представлява явление, основано на колективното поведение на електроните. Затова колкото по-малка е дебелината на свръхпроводника, толкова е по-близка възможността за използване на това колективно поведение“, казва Иври.

Според учените откритието ще помогне за създаването на свръхчувствителни фотодетектори на бъдещето, а също за конструирането на свръхпроводими елементи за квантови компютри.