Пределы сверхпроводимости

Впервые явление сверхпроводимости замечено в 1911 году, когда при сверхнизкой температуре 4 К ртуть полностью теряла сопротивление электрическому току. С тех пор исследователи систематически искали материалы, при которых сверхпроводимость проявлялась бы при возможно более высокой температуре.
В погоне за сверхпроводниками исследователи получили много дополнительной информации. Было выяснено, например, что из всех металлов и металлических сплавов, обладающих сверхпроводящими свойствами, труднее всего сделать сверхпроводником вольфрамовую нить, используемую в современных электрических лампочках. Для этого следовало бы снизить температуру до 0,01 К, почти до абсолютного нуля. Из чистых металлов при наиболее высокой температуре полностью исчезает сопротивление электричеству у ниобия — при 9,25 К. Исходя из этого, ученые стали проверять различные сплавы на основе ниобия, превращающиеся в сверхпроводники при более высокой температуре. Сплав ниобия с германием дал предельную сверхпроводимость для сплавов известных металлов при 23 К. До недавнего времени этот рекорд и держался. В 1987 году швейцарские физики провели исследования с металлокерамикой, состоящей из соединений лантана, бария, меди и кислорода, и обнаружили высокотемпературную сверхпроводимость, проявляющуюся уже при температуре 33 К. Эти труды отмечены престижной Нобелевской премией.

После этого эпохального открытия температурный предел сверхпроводимости быстро поднялся высоко вверх благодаря усилиям ученых разных стран. Японские исследователи зарегистрировали сверхпроводимость при 40 К. Судя по сообщениям, поступающим из Китая, здесь отмечено полное исчезновение электрического сопротивления металлокерамики того же состава уже при 70 К. Американцы первыми переступили температурный порог 77 К, что допускало уже использование привычного и дешевого жидкого азота. Это достижение было чрезвычайно важным, оно давало возможность наметить проекты создания линий электропередач, несущих электричество без потерь. Тем более, что в июне 1988 года в прессе появилось сообщение о создании гибкого сверхпроводящего керамического волокна.
Еще более удивительные возможности сверхпроводимости дали металлокерамические соединения на основе иттрия, бария и меди. Монокристаллы этого состава, проходя специальную термообработку в атмосфере кислорода, становятся сверхпроводниками при 91 К. Но эта температура не оказалась пределом для сверхпроводящих материалов. В 1990 году рекордная планка температуры, при которой наблюдается явление сверхпроводимости, была поднята до 125 К. Такими уникальными сверхпроводниками оказались материалы, содержащие таллий. Недавно поступило сообщение о предварительных результатах в исследованиях с новым соединением, переходящим в сверхпроводящее состояние до 155 К.
Новый рекорд сверхпроводимости установлен японскими физиками Т. Каваи и С. Каваи из Института научных и промышленных исследований при университете в городе Осака. В 1992 году они создали сверхпроводящий материал из наложенных друг на друга слоев оксидов меди, кальция и стронция. Невероятно, но этот материал, полученный из доступного и дешевого сырья, приобретает все свойства сверхпроводника уже при температуре 170 К. Это на 45 К превышает прежнее рекордное достижение. С производством подобных слоистых листов откроются большие возможности в эксплуатации энергетических установок.