След откриването им през 1911 г. свръхпроводниците се превърнаха в повсеместна част от съвременните технологии - от захранването на апаратите за ядрено-магнитен резонанс до мощните магнити в ускорителите на частици.

Свръхпроводниците са клас материали, чието вътрешно съпротивление пада до нула под критична температура. Електрическият ток може да преминава през свръхпроводниците без външен източник на захранване, когато те са в това свръхпроводимо състояние.

Традиционно свръхпроводниците се класифицират в две категории - тип I и тип II. Нови изследвания обаче показаха, че съществува и трети тип свръхпроводник, който се нарича свръхпроводник тип III.

Изследването е проведено от група учени, сред които д-р Валерий Винокур, главен технологичен директор в Terra Quantum, компания за квантови технологии, базирана в Германия и Швейцария.

„Една от основните характеристики на традиционните свръхпроводници е, че те изхвърлят магнитни полета при външно прилагане. И в двата случая над определена прагова стойност магнитното поле напълно разрушава свръхпроводимостта в материала“, казва Винокур, обяснявайки проблема.

За да разберем как свръхпроводниците от тип III заобикалят този проблем, трябва да надникнем в същността на свръхпроводниците.

В типичния проводник електроните в материала изпитват електростатично отблъскване поради отрицателния си заряд. Когато електроните се движат през материала, те се разсейват от примеси, дефекти или други електрони.

Разсейването е съпротивлението, с което се сблъскват електроните от материала, което е електрическото съпротивление на този материал, което е много малко за проводниците, но не е нула.

При свръхпроводниците обаче механизмът е малко по-различен.

„Нашето откритие на свръхпроводимостта от тип III и по-нататъшното ѝ изследване произтече от осъзнаването, че многобройните свръхпроводници не позволяват традиционното изследване с електромагнитно поле“, продължава д-р Винокур.

Изследователите установиха, че свръхпроводниците от тип III могат да бъдат реализирани така, че образуваните вихри да нямат ядра.

Подобно на свръхпроводниците от тип II, тези материали позволяват проникването на магнитни полета под формата на вихри. Основната разлика обаче е, че при свръхпроводниците от тип III вихрите нямат ядра.

Освен това свръхпроводниците от тип III се характеризират само с един параметър - дълбочина на проникване (λ), който определя поведението на вихрите, като определя дълбочината, до която магнитното поле може да проникне в материала.

За разлика от тях свръхпроводниците от тип II изискват отчитане на две различни свойства, което прави описанието им по-сложно.

Освен това долното критично поле на свръхпроводниците от тип III е нула при абсолютната нула (0 келвина или -273.15 градуса по Целзий). Това означава, че няма минимален праг, който да се преодолява, и магнитното поле може да проникне веднага.

Ето защо в свръхпроводниците от тип III при прилагане на външно магнитно поле имаме безядрени вихри, които пренасят магнитното поле, без да разрушават свръхпроводящото състояние в останалата част от материала, тъй като не растат и не се разширяват.

Изследователите споменават, че свръхпроводимост от тип III е наблюдавана в ниобиев нитрид (NbN) и ниобиев титанов нитрид (NbTiN).

Способността на свръхпроводниците от тип III да позволяват проникване на магнитно поле, без да нарушават свръхпроводимостта, е огромно предимство пред свръхпроводниците от тип I и II.

Това означава също, че свръхпроводниците от тип III са по-стабилни в магнитна среда, което ги прави подходящи за приложения като магнитно-резонансни томографи или ускорители на частици.

Ето защо свръхпроводниците от тип III могат да бъдат много полезни в приложенията за квантови изчисления, които изискват кохерентност на кюбитите.

Освен това кюбитите са много чувствителни към смущения в магнитното поле, което ги прави податливи на декохеренция. Свръхпроводниците от тип III биха могли да осигурят по-стабилна среда за кюбитите, като се справят с магнитните полета без енергийните загуби, свързани с традиционните свръхпроводници.

Изследването е нова насока за свръхпроводимостта, тъй като представлява принципно ново поведение на свръхпроводниците, при което те не трябва да изхвърлят магнитни полета. На следващ етап изследователите имат за цел да проверят практическото използване на свръхпроводници тип III, особено тяхната ефективност при различни условия, и как да ги направят жизнеспособни за търговска употреба.

Снимка: Unsplash

Виж още: Liberux NEXX е Linux смартфон, който иска да защити данните ви от любопитни очи