Исследователи из Кембриджа установили новый рекорд захвата магнитного потока в высокотемпературных гранулярных сверхпроводниках.

Эффект Мейснера в действии: магнит левитирует над сверхпроводником, охлажденным ниже критической температуры
Два образца с проводами, подсоединенными к датчикам Холла

Исследователи из Кембриджа установили новый рекорд захвата магнитного потока в высокотемпературных гранулярных сверхпроводниках.


Ученым удалось загнать в сверхпроводниковую «ловушку» размером с мяч для гольфа магнитное поле напряженностью 17,6 Тесла (это на два порядка превосходит напряженность поля, создаваемого обычными магнитами для холодильников). Предыдущий рекорд (17,24 Тесла), принадлежавший японским исследователям, продержался более десятка лет — с 2003 года.

Сверхпроводники способны передавать электрический ток практически с нулевым сопротивлением при охлаждении до определенной критической температуры. Как правило, эта температура близка к абсолютному нулю, однако существует и класс высокотемпературных сверхпроводников, работающих выше точки кипения жидкого азота (-196°C). Они уже используются в ряде научных областей, в частности, в медицине (для работы аппаратов МРТ), и могут оказаться полезными при создании поездов будущего, левитирующих на магнитной подушке, магнитных сепараторов для нужд горной промышленности, маховиков для хранения энергии и других высокотехнологичных агрегатов.

Современные сверхпроводники, как правило, способны нести токи в сотню раз большие, чем медь, но эта величина ограничивается эффектом Мейснера: магнитное поле вытесняется из сверхпроводника, и ток существует только на его поверхности. Это отличает сверхпроводник от идеального проводника.

В сверхпроводниках II рода магнитное поле вытесняется из объема материала не полностью: в нем формируются вихри сверхтока, несущие кванты магнитного потока. Чем более значительное поле удастся захватить внутри сверхпроводника — тем больший ток он сможет нести практически без потерь.

Новый рекорд был установлен с использованием двух цилиндрических образцов GdBCO, легированных серебром (диаметром 25 мм каждый). Методика изготовления таких образцов хорошо отработана и относительно проста. Однако подобные материалы слишком хрупки, чтобы удержать внутри себя магнитное поле с высокой напряженностью: при экспериментах они просто взрываются. Ученым потребовалось изменить микроструктуру GdBCO, чтобы увеличить его токопередающие и тепловые характеристики, и обернуть образец нержавеющей сталью, как термоусадочной пленкой.

Создание крупных гранул сверхпроводящих материалов, обладающих всеми необходимыми свойствами и получаемых с помощью отработанных технологических процессов — первый шаг на пути к разработке устройств и аппаратов будущего, использующих явление сверхпроводимости и левитацию (эффект Мейснера).