Світ технологій назавжди зміниться: надпровідники зможуть працювати за кімнатної температури

Група дослідників із Лондонського університету королеви Марії у своєму новому дослідженні розкрила чинники, що впливають на верхню межу і максимальний температурний діапазон, придатний для надпровідності, пише interestingengineering.com.

Використовуючи фундаментальні константи, вчені визначили, що надпровідність може існувати в діапазоні температур від 100 до 1000 Кельвінів. Варто зазначити, що діапазон 293 до 298 К відповідає температурі від 20 до 25 °C.

Надпровідники — це революційні матеріали, які можуть перетворити все, від охорони здоров'я до передавання енергії та квантових обчислень. Але є одна заковика — вони працюють за надзвичайно низьких температур (близьких до абсолютного нуля). Це обмеження не дає змоги розкрити весь їхній потенціал. Щоб розв'язати цю проблему, вчені активно працюють над надпровідниками при кімнатній температурі, але вони часто ставлять собі питання — чи існує верхня температурна межа для надпровідності?

Відповідь на це запитання має вирішальне значення для визначення того, чи може надпровідність дійсно існувати за кімнатної температури. Наприклад, якщо теоретична верхня межа існує нижче кімнатної температури, то досягнення надпровідності за кімнатної температури буде принципово неможливим.

Автори дослідження проливають світло на роль фундаментальних фізичних констант, таких як маса електрона, постійна Планка (h), заряд електрона і постійна тонкої структури (α). Уже відомо, що ці константи "керують усім — від стабільності атомів до утворення зірок і синтезу вуглецю та інших елементів, необхідних для життя".

Наприклад, у будь-якому твердому тілі атоми коливаються навколо фіксованих положень через теплову енергію. Швидкість цих коливань залежить від двох ключових чинників: міцності зв'язку та атомної маси. Обидва ці чинники визначаються квантовою механікою та електромагнетизмом, які регулюються фундаментальними константами.

Аналізуючи, як ці константи впливають на атомні взаємодії, автори дослідження виявили, що константи встановлюють сувору верхню межу того, як швидко атоми можуть вібрувати в твердих матеріалах. Це означає, що існує максимально можлива частота для фононів.

У багатьох надпровідниках фонони відіграють вирішальну роль у парному утворенні електронів (куперівських пар), що забезпечує надпровідність. Частота фононів впливає на міцність цього спарювання і, своєю чергою, визначає максимально можливу температуру (TC), за якої може виникнути надпровідність.

Оскільки фундаментальні константи накладають верхню межу на частоти фононів, вони також накладають теоретичне обмеження на те, наскільки високим може бути TC у надпровідниках. Це означає, що "верхня межа температури надпровідності TC нерозривно пов'язана з фундаментальними константами природи — масою електрона, зарядом електрона і постійною Планка", — зазначають автори дослідження.

"Той факт, що надпровідність при кімнатній температурі теоретично можлива, враховуючи константи Всесвіту, обнадіює. Це заклик продовжувати досліджувати, експериментувати і розширювати межі можливого", — заявили дослідники.

Раніше ми писали, що вчені відкрили новий тип надпровідників. Надпровідники — унікальні матеріали, які виявляють нульовий електричний опір під час охолодження нижче певного температурного порога.