"Теплый" силовой сверхпроводник: подробности

Сверхпроводники теряют электрическое сопротивление при охлаждении ниже определенной температуры. Температура перехода в нормальное состояние большинства сверхпроводников находится вблизи абсолютного нуля. В 1986 году было открыто явление высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП) в керамических оксидных образцах (лантан, барий, медь и кислород).

Вскоре выяснилось, что иттриевые керамики (YBCO) полностью теряли сопротивление при температуре, превышающей температуру жидкого азота, что экономически более выгодно, поскольку себестоимость азота примерно в 50 раз ниже, чем жидкого гелия, используемого для охлаждения обычных сверхпроводников. Стоимость литра жидкого гелия составляет около $5, в то время как литр азота обходится всего в $0,2.

Прошло почти два десятилетия с момента открытия ВТСП-сверхпроводников - надежды на быстрое внедрение новых материалов не осуществились и оставалось только мечтать об электрических линиях передач с малыми потерями, поездах на магнитной подушке с использованием левитации и высокоэффективных электродвигателях. Подобные приложения не удавалось осуществить из-за высокой хрупкости и низкой токонесущей способности керамических ВТСП-материалов. Сверхпроводимость разрушалась в сильных внешних магнитным полях.

Доктор Амит Гойял (Amit Goyal) с коллегами из Национальной Лаборатории США в Ок-Ридже ввели нанодефекты в «купраты», чтобы создать гибкие образцы сверхпроводящего силового кабеля, способные выдерживать воздействие сильных магнитных полей, сообщает PhysicsWeb. Если будет разработана технология изготовления длинномерных проводов длиной порядка километра, то можно будет рассчитывать на скорое и широкое использование высокотемпературной сверхпроводимости.

Исследователи достигли успеха, используя для нанесения трех-микронной иттрий-бариевой пленки (YBa₂Cu₃O₇) метод, называемый абляцией импульсного лазера. В лаборатории применили новый подход к созданию проводов, добавляя порошок цирконата бария (BZO) из наночастиц к исходному материалу Y-Ba-Cu-O. Эти наноточки нормального материала BZO действуют как эффективные дефекты, так называемые «центры пиннинга», которые закрепляют магнитный поток, входящий в сверхпроводник, что позволяет пропускать большие токи даже в высоких магнитных полях.

«Наша работа демонстрирует, что действительно возможно изготовить сверхпроводящие провода с параметрами, необходимыми для целого ряда крупномасштабных приложений. Мы объединили нанотехнологию и сверхпроводимость, - говорит д-р Гойял. - Если такой подход позволит изготовить провода большой длины, где будут введены нанодефекты в объемную структуру, то можно будет надеяться на революционные преобразования в электроэнергетике».

#gallery#

У нас в стране температурная зависимость критического тока ВТСП-пленок, выращенных методом лазерной абляции, исследовалась в Омском государственном университете.