Мир технологий навсегда изменится: сверхпроводники смогут работать при комнатной температуре

Группа исследователей из Лондонского университета королевы Марии в своем новом исследовании раскрыла факторы, влияющие на верхний предел и максимальный температурный диапазон, подходящий для сверхпроводимости, пишет interestingengineering.com.

Используя фундаментальные константы, ученые определили, что сверхпроводимость может существовать в диапазоне температур от 100 до 1000 Кельвинов. Стоит отметить, что диапазон 293 до 298 К соответствует температуре от 20 до 25 °C.

Сверхпроводники — это революционные материалы, которые могут преобразовать все, от здравоохранения до передачи энергии и квантовых вычислений. Но есть одна загвоздка — они работают при чрезвычайно низких температурах (близких к абсолютному нулю). Это ограничение не позволяет раскрыть весь их потенциал. Чтобы решить эту проблему, ученые активно работают над сверхпроводниками при комнатной температуре, но они часто задаются вопросом — существует ли верхний температурный предел для сверхпроводимости?

Ответ на этот вопрос имеет решающее значение для определения того, может ли сверхпроводимость действительно существовать при комнатной температуре. Например, если теоретический верхний предел существует ниже комнатной температуры, то достижение сверхпроводимости при комнатной температуре будет принципиально невозможно.

Авторы исследования проливают свет на роль фундаментальных физических констант, таких как масса электрона, постоянная Планка (h), заряд электрона и постоянная тонкой структуры (α). Уже известно, что эти константы "управляют всем — от стабильности атомов до образования звезд и синтеза углерода и других элементов, необходимых для жизни".

Например, в любом твердом теле атомы колеблются вокруг фиксированных положений из-за тепловой энергии. Скорость этих колебаний зависит от двух ключевых факторов: прочности связи и атомной массы. Оба эти фактора определяются квантовой механикой и электромагнетизмом, которые регулируются фундаментальными константами.

Анализируя, как эти константы влияют на атомные взаимодействия, авторы исследования обнаружили, что константы устанавливают строгий верхний предел того, как быстро атомы могут вибрировать в твердых материалах. Это означает, что существует максимально возможная частота для фононов.

Во многих сверхпроводниках фононы играют решающую роль в парном образовании электронов (куперовских пар), что обеспечивает сверхпроводимость. Частота фононов влияет на прочность этого спаривания и, в свою очередь, определяет максимально возможную температуру (TC), при которой может возникнуть сверхпроводимость.

Поскольку фундаментальные константы накладывают верхний предел на частоты фононов, они также накладывают теоретическое ограничение на то, насколько высоким может быть TC в сверхпроводниках. Это означает, что "верхний предел температуры сверхпроводимости TC неразрывно связан с фундаментальными константами природы — массой электрона, зарядом электрона и постоянной Планка", — отмечают авторы исследования.

"Тот факт, что сверхпроводимость при комнатной температуре теоретически возможна, учитывая константы Вселенной, обнадеживает. Это призыв продолжать исследовать, экспериментировать и расширять границы возможного", — заявили исследователи.