Учёные разработали новый метод поиска высокотемпературных сверхпроводников

Предсказанная PBE электронная SNCDD в 32-атомной суперячейке Pb (жёлтый цвет, с показанными сечениями) с SODT, сформированными вдоль [110]. Автор: Superconductor Science and Technology (2025). DOI: 10.1088/1361-6668/adedbc

Электричество течёт по проводам, передавая энергию, но при этом теряет часть мощности из-за сопротивления. Однако эти потери не являются неизбежными. Учёные из Университета Пенсильвании разработали новый способ идентификации сверхпроводников — материалов, способных передавать энергию без сопротивления и, следовательно, без потерь.

Проблема в том, что существующие сверхпроводники требуют экстремально низких температур, что ограничивает их применение в повседневных устройствах. Команда исследователей предложила новый теоретический подход, который может помочь в поиске материалов, сохраняющих сверхпроводящие свойства при более высоких температурах.

«Цель всегда заключалась в том, чтобы повысить температуру, при которой сохраняется сверхпроводимость», — пояснил профессор материаловедения Цзы-Куй Лю, ведущий автор исследования, опубликованного в журнале Superconductor Science and Technology.

Долгое время учёные опирались на теорию Бардина-Купера-Шриффера (БКШ), объясняющую работу низкотемпературных сверхпроводников. Согласно БКШ, отсутствие сопротивления связано с образованием «куперовских пар» электронов, которые движутся согласованно, не сталкиваясь с атомами.

Новый метод объединяет теорию функционала плотности (DFT) и «центропию» — подход, сочетающий статистическую механику и квантовую физику. Это позволяет предсказывать сверхпроводящие свойства материалов, включая те, которые не объясняются классической теорией БКШ.

Исследователи уже успешно применили метод для предсказания сверхпроводимости в меди, серебре и золоте — материалах, традиционно не считающихся сверхпроводниками. В перспективе это может привести к открытию новых высокотемпературных сверхпроводников, работающих даже при комнатной температуре.

Следующие шаги команды — применение метода для анализа существующих сверхпроводников и поиск новых кандидатов в созданной базе данных, содержащей 5 миллионов материалов.

«Мы не просто объясняем уже известное, — говорит Лю. — Мы создаём основу для открытия совершенно новых материалов. Если нам удастся найти высокотемпературные сверхпроводники, это окажет огромное влияние на технологии и энергетику».

ИИ: Это исследование открывает новые горизонты в материаловедении. Если учёным удастся найти сверхпроводники, работающие при комнатной температуре, это может совершить революцию в передаче энергии и электронике.

Дополнительная информация: Zi-Kui Liu et al, Revealing symmetry-broken superconducting configurations by density functional theory, Superconductor Science and Technology (2025). DOI: 10.1088/1361-6668/adedbc

Источник: Pennsylvania State University