Чуть более 110 лет назад – 8 апреля 1911 года – голландский физик Камерлинг-Отис, проводивший эксперименты с жидким гелием, обнаружил, что при температуре чуть более 3К (около −270°C) электрическое сопротивление ртути падает до нуля. Существовавшие тогда представления о природе электрического тока напрочь отвергали возможность такого явления, и Каммерлинг-Отис решил, что в измерения закралась ошибка. Однако последующие эксперименты никаких ошибок не выявили. Более того, оказалось, что исчезновение сопротивления вблизи абсолютного нуля характерно не только для ртути, но и для других металлов.
Первое теоретическое объяснение сверхпроводимости было дано лишь четверть века спустя – в 1935 году, когда германские теоретики Фрицем и Хайнцем Лондоны вывели "уравнение Лондонов", описывающее электродинамические процессы в сврхпроводниках. Более общая теория, объясняющая свойства сверхпроводников, была предложена советскими теоретиками Гинзбургом и Ландау 15 лет спустя – в 1950 году. А ещё через 22 года американские исследователи Бардин, Купер и Шриффер получили Нобелевскую премию по физике "за создание теории сверхпроводимости".
Теории не только хорошо объясняли результаты экспериментов, но имели вполне практическое применение, позволяя конструировать чрезвычайно мощные и компактные электромагниты. Однако они не давали даже намёка на возможность сверхпроводимости при температурах, отличающихся от абсолютного нуля хотя бы на десяток градусов. Тем поразительней было открытие высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП), случившееся буквально на пустом месте.
В 1986 году швейцарские учёные Беднорц и Мюллер, работавшие в цюрихском филиале фирмы IBM, неожиданно обнаружили сверхпроводимость у некоторых материалов керамического происхождения при температуре 35К. Сообщение об этом произвело эффект разорвавшейся бомбы, и учёные всех стран бросились проверять данные, представленные швейцарцами. В ходе множества экспериментов были получены соединения, демонстрирующие сверхпроводимость при температурах вплоть до 55К.
Произошедшее было расценено как грандиозный прорыв, и публику – равно специалистов и дилетантов – охватила эйфория. Все ждали, что всего через три-четыре года удастся достичь сверхпроводимости если не при комнатной температуре, то хотя бы при температуре жидкого азота. Такое достижение произвело бы грандиозный переворот в технике, сравнимый разве что с изобретением ДВС или твердотельного транзистора. Однако ожидания не оправдались: интервал от 55 до 77К (температура кипения азота) оказался непреодолим.
Беднорц и Мюллер получили заслуженного "нобеля", но практический результат их открытия оказался близок к нулю. Эйфория быстро сошла на нет, и тема ВТСП выпала из повестки дня, вернувшись в ряд чисто научных проблем.
Прошло ещё 35 лет. Про ВТСП давным давно не вспоминали даже самые отчаянные фантазёры. Как вдруг…
В середине июля южнокорейские ученые из Центра исследований квантовой энергии (QSERF) объявили, что достигли сверхпроводимости при комнатной температуре, используя материал, названный ими LK-99. Он представляет собой сложное соединение оксида и фосфата свинца, которое описывается химической формулой Pb10-xCux(PO4)6O. Соответствующая статья опубликована на сервере препринтов ArXiv.
Авторы утверждают, что температура, ниже которой LK-99 проявляет сверхпроводимость, составляет 400К или 127°C. Технология изготовления указанного материал проста, а сырьём служат совсем недорогие материалы: оксид свинца, сульфат свинца, медь и фосфор. Если описанное корейцами соответствует истине, для достижения сверхпроводимости больше не требуются специальные материалы или условия – всё необходимое можно изготовить буквально на коленке.
Всё это слишком хорошо, чтобы быть правдой. Именно так решили специалисты по всему миру, ознакомившись со статьёй корейцев.
Одни пустились в рассуждения о "странностях и нестыковках". А другие принялись воспроизводить описанные корейцами эксперименты, норовя проверить их выводы на практике. И первые подтверждения корейской правоты уже появились: две не связанные друг с другом группы ученых – из Китая и из США – получили те же результаты.
Исследователи Национальной лаборатории им. Лоуренса при Министерстве энергетики США провели с LK-99 серию экспериментов, результаты которых хорошо согласуются с выводами корейцев. А группа ученых из Хуачжунского университета науки и технологии опубликовала не только результаты работ, но и видео, на котором запечатлен эффект Мейсснера – несомненное доказательство сверхпроводящих свойств материала.
Похоже, что высокотемпературная проводимость становится реальностью.
Основное преимущество сверхпроводников – отсутствие потерь энергии. Обычные сверхпроводники требуют очень низких температур, что делает их применение сложным и затратным. Но сверхпроводники, работающие при комнатной температуре, позволяют на порядки уменьшить потери в системах передачи и распределения. Передача электричества без потерь, высокоскоростной транспорт с минимальным энергопотреблением, термоядерные реакторы буквально в каждый город – благодаря ВТСП всё это становится абсолютно реальным, причём в ближайшем будущем.
Кроме того, с появлением ВТСП намного доступнее становятся квантовые вычисления. Сейчас квантовые компьютеры работают при сверхнизких температурах, необходимых для минимизации квантового шума. Необходимость экстремального охлаждения не только делает такие компьютеры технически сложными и страшно дорогим, но и серьёзно ограничивает масштабируемость систем квантовых вычислений. Высокотемпературные сверхпроводники, обеспечив стабильную и контролируемую среду для кубитов, радикальнейшим образом повысят доступность квантовых компьютеров – они станут так же обыденны, как нынешние ноутбуки или смартфоны.
Прямо сейчас сотни лабораторий по всему миру экспериментируют с LK-99. Если он и правда окажется так хорош, как представляется, то в самые ближайшие годы нас ждут перемены, масштабы которых сейчас даже не представить. А нет, так нет…
Ясность наступит до конца года, так что ждать осталось совсем недолго.
