Учёные напечатали на 3D-принтере сверхпроводник с рекордными свойствами

Чернила из сополимера и неорганических наночастиц наносятся в процессе 3D-печати, где они самоорганизуются перед термической обработкой в кристаллический сверхпроводник. Автор: Wiesner Group/Provided

Исследователи из Корнеллского университета разработали метод 3D-печати, позволяющий создавать сверхпроводники с рекордными характеристиками в один этап. Это достижение стало результатом почти десятилетней работы.

Новый подход, описанный в журнале Nature Communications, основан на использовании мягких материалов для формирования сверхпроводников. Метод позволяет создавать материалы с улучшенными свойствами с помощью чернил из сополимера и неорганических наночастиц, которые самоорганизуются в процессе 3D-печати. Последующая термическая обработка преобразует напечатанный материал в пористый кристаллический сверхпроводник.

Процесс создаёт сверхпроводящие материалы со структурой на трёх различных масштабах: атомном, мезоскопическом и макроскопическом. Это позволяет достигать свойств, ранее недостижимых традиционными методами.

«Это демонстрирует, что мы не только можем печатать эти сложные формы, но и что мезомасштабное ограничение придаёт материалам свойства, которые раньше были просто недостижимы», — отметил профессор Ульрих Визнер.

Наиболее впечатляющий результат был достигнут при печати материала из нитрида ниобия. Благодаря наноструктурной пористости, 3D-печатный сверхпроводник показал верхнее критическое магнитное поле в 40-50 Тесла — наивысшее значение, когда-либо зарегистрированное для этого соединения. Это свойство критически важно для работы мощных сверхпроводящих магнитов, используемых в МРТ-сканерах.

Исследователи также создали карту, связывающую сверхпроводящие свойства с параметрами макромолекулярного дизайна, что позволяет предсказывать необходимые характеристики полимера для достижения конкретных показателей сверхпроводника.

Метод может быть применён к другим соединениям переходных металлов, таким как нитрид титана, и к трёхмерным структурам, сложным для традиционных процессов. Пористая архитектура обеспечивает рекордную площадь поверхности для сверхпроводников, что может быть ценно для создания материалов следующего поколения для квантовых технологий.