Прорывы в области сверхпроводимости и создания современных проводящих материалов могут существенно изменить способы передачи энергии и проектирования электронных устройств, проложив путь к более эффективным, миниатюрным и потенциально более экологичным технологиям.
Сверхпроводник без меди при 30К
В Национальном университете Сингапура исследователи разработали новый сверхпроводящий материал, который работает при температуре выше 30 К, без использования меди и при нормальном атмосферном давлении.
Это означает, что при температурах выше −243°C он демонстрирует нулевое электрическое сопротивление . Это относительно «высокий» показатель в мире сверхпроводников, где многие материалы работают только вблизи абсолютного нуля.
Доктор Стивен Линь Эр Чоу, член исследовательской группы, пояснил: «Этот сверхпроводящий оксид, не содержащий меди, демонстрирует высокотемпературную сверхпроводимость при атмосферном давлении на уровне моря без необходимости дополнительного сжатия».
Сверхпроводники проводят электрический ток с нулевым сопротивлением, исключая потери энергии. Их потенциал огромен: от электросетей до поездов на магнитной подвеске и квантовых компьютеров. Но до сих пор они в основном требовали дорогостоящего охлаждения или редких материальных ресурсов. Масштабируемый вариант без меди, работающий при относительно высоких температурах, мог бы снизить затраты и расширить их использование.
Сингапурская группа также разработала теоретическую основу для выявления новых сверхпроводящих материалов, выйдя за рамки соединений на основе меди и расширив поиск более практичных сверхпроводников.
Фосфид ниобия: наноразмерный конкурент меди
Тем временем в Стэнфордском университете исследователи определили фосфид ниобия как перспективного кандидата на замену меди в наноэлектронике. По мере уменьшения размеров устройств эффективность меди снижается, но фосфид ниобия сохраняет свою проводимость даже в сверхтонких слоях.
Это важно для всего: от микрочипов до высокоскоростной передачи данных. Джейсон Диган, сообщая о результатах Стэнфордского университета, отмечает, что потенциал снижения нагрева материала может решить одну из самых больших проблем в технологической отрасли: управление температурой во все более компактных устройствах.
Он также предлагает производственные преимущества. В отличие от многих альтернатив, фосфид ниобия может быть интегрирован в существующие процессы без серьезных переделок.
Реальные последствия
Применение обоих материалов выходит далеко за рамки лаборатории.
Высокотемпературные сверхпроводники могли бы обеспечить передачу электроэнергии с нулевыми потерями на большие расстояния, что значительно повысило бы эффективность энергосистемы. Они также могли бы сократить потери энергии в транспортной и информационной инфраструктуре.
В то же время, улучшенные наноразмерные проводники, такие как фосфид ниобия, могут привести к созданию более холодных, быстрых и компактных электронных устройств , что улучшит работу всего, от мобильных устройств до центров обработки данных.
Такие компании, как American Superconductor Corporation (AMSC), уже присматриваются к этим разработкам. AMSC разрабатывает сетевые и военные сверхпроводниковые системы и имеет все возможности для извлечения выгоды из ускорения прорывов в области материаловедения.
Дорога впереди
Хотя проблемы в масштабировании и коммерциализации этих материалов остаются, темпы открытий ускоряются. То, что когда-то было теоретическим, постепенно приближается к реальному применению.
Поскольку сверхпроводимость становится менее зависимой от экзотических условий, а альтернативы меди становятся более жизнеспособными, глобальный ландшафт энергетики и электроники может оказаться на грани серьезных перемен, в которых эффективность, устойчивость и экологичность будут идти рука об руку.
