Przewodzące prąd elektryczny bez strat nadprzewodniki odgrywają już aktywną rolę w najnowocześniejszych technologiach, od nadprzewodzących magnesów w urządzeniach medycznych i pociągach na poduszce magnetycznej po nadprzewodzące kable energetyczne. Jednak zazwyczaj wymaga to chłodzenia przewodów do temperatury około czterech kelwinów, co utrudnia szersze stosowanie tej technologii. Naukowcy poszukują materiałów, które mogą wykazywać zerową rezystywność w wyższych temperaturach, w szczególności powyżej 77 kelwinów – wtedy do chłodzenia można użyć ciekłego azotu zamiast ciekłego helu.

W ostatnich latach zaczęły pojawiać się obiecujące nadprzewodniki, na przykład na bazie żelaza odkryte w 2008 roku. Najwyraźniej nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe może przebiegać według innego mechanizmu niż w przypadku „konwencjonalnych nadprzewodników”, których zachowanie wyjaśniają ugruntowane teorie, w szczególności teoria BCS (Bardeen-Cooper-Schrieffer).

Nowy nadprzewodzący materiał odkryli japońscy naukowcy z Tokyo Metropolitan University pod przewodnictwem profesora Yoshikazu Mizuguchi. Po raz pierwszy wykazali, że polikrystaliczny stop żelaza, niklu i cyrkonu o różnych proporcjach żelaza do niklu (Fe1-xNixZr2) wykazuje właściwości nadprzewodzące. Podczas gdy zarówno cyrkonid (zirconide) żelaza, jak i cyrkonid niklu nie są nadprzewodnikami, nowo przygotowane mieszanki są zdolne do nadprzewodnictwa, wykazując właściwości typowe dla tak zwanych „niekonwencjonalnych nadprzewodników”. To obiecująca droga do opracowywania nowych, wysokotemperaturowych materiałów nadprzewodzących.

Co ciekawe, zarówno cyrkonid żelaza, jak i cyrkonid niklu nie są nadprzewodnikami w formie krystalicznej. W eksperymentach, które rozpoczęły się jako projekt studencki, zespół połączył żelazo, nikiel i cyrkon w różnych proporcjach, stosując metodę znaną jako topienie łukowe, potwierdzając, że powstały stop miał taką samą strukturę krystaliczną jak tetragonalne cyrkonidy metali przejściowych, rodzina obiecujących materiałów nadprzewodzących. Stałe sieci, czyli długości powtarzających się struktur w materiale, również zmieniały się płynnie wraz ze stosunkiem żelaza do niklu.

Dalsze eksperymenty potwierdziły, że namagnesowanie cyrkonidu niklu wykazuje anomalię podobną do przejścia magnetycznego, co sugeruje ścisły związek między odkryciami a niekonwencjonalnym nadprzewodnictwem wynikającym z porządku magnetycznego sugerowanego w innych materiałach.

Autorzy badań (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925838824040301?via%3Dihub) mają nadzieję, że ich nowa platforma do badania niekonwencjonalnego nadprzewodnictwa może się przyczynić do zrozumienia jego mechanizmu, a także do projektowania materiałów dla następnej generacji urządzeń nadprzewodzących. (PAP)

Paweł Wernicki

pmw/ agt/