ORNL использует нанотехнологию для развития технологии сверхпроводников

Сотрудники Oak Ridge National Laboratory (ORNL) продемонстрировали разработанный ими способ поддержки высоких сверхтоков в проводах в присутствии магнитных полей большой мощности. Эта работа имеет большое значение для расширения областей практического применения сверхпроводников. Путём создания колонок самовыравнивающихся несверхпроводящих «наноточек» внутри сверхпроводника специалисты ORNL изготовили высокотемпературный сверхпроводник, работающий даже в мощном магнитном поле. Эта разработка расширяет возможности высокотемпературных сверхпроводников, используемых в двигателях, генераторах, системах противовоздушной обороны и др., т. е. в таких областях, в которых имеются ограничения, связанные с отрицательным воздействием магнитных полей.
Основной автор опубликованной в журнале «Science» статьи о разработанном методе – докторант отделения технологии материалов Сакилл Канг (Sukill Kang). Его руководитель Амит Гойал (Amit Goyal), выдающийся учёный и технический руководитель проекта, также был разработчиком процесса RABiTS (rolling-assisted-biaxially-textured substrates), при помощи которого на подложку или шаблон осаждаются хрупкие, керамико-подобные высокотемпературные сверхпроводящие материалы, придающие сверхпроводникам структуру, пластичность и механическую прочность металла.
При охлаждении сверхпроводники способны пропускать большие токовые нагрузки, что даёт возможность использовать их в разнообразных областях применения для высокоэффективной передачи электроэнергии. Применение жидкого азота для охлаждения сверхпроводников является более практичной технологией, так как позволяет эксплуатировать их при более высоких температурах, чем при использовании систем охлаждения с жидким гелием. Однако наличие магнитных полей по-прежнему служит препятствием для многих возможных областей применения сверхпроводников. Проблема в том, то естественно образующиеся завихрения – вращающиеся цилиндрические силы между атомами сверхпроводящего материала – приходят в движение при воздействии магнитных полей, создавая сопротивление электрическому току и рассеяние энергии. Сверхтоки по ним могут при этом протекать только, если эти завихрения будут надёжно удерживаться на месте, для чего их нужно «пригвоздить» на месте. Разработанный учёными из ORNL способ состоит в том, что по всей толщине сверхпроводника вводятся «несоответствующие» наноточки из непроводящего материала, которые эффективно удерживают такие завихрения и предотвращают их движение, что даёт возможность пропускать сверхтоки даже в присутствии магнитных полей большой мощности. В большинстве случаев требуется использовать сверхпроводники в условиях воздействия магнитных полей большой мощности, поэтому сочетание нанотехнологии и сверхпроводимости является очень перспективным направлением развития науки. Полученные результаты демонстрируют потенциальные возможности высокотемпературных сверхпроводников второго поколения, которые будут иметь широкое применение в электроэнергетическом секторе экономики. Команда учёных из ORNL сотрудничает с тремя американскими компаниями для того, чтобы как можно скорее понять, каким образом полученные в лабораторных условиях уникальные результаты можно адаптировать для промышленности.