Исследование сверхпроводимости в материале LK-99: анализ результатов и перспективы

ИССЛЕДОВАНИЕ СВЕРХПРОВОДИМОСТИ В МАТЕРИАЛЕ LK-99: АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ И ПЕРСПЕКТИВЫ

Хальметов Кималь Рустамович

студент

Южно-Казахстанский университет имени Мухтара Ауэзова

Казахстан, Туркестанская область, город Шымкент, Аль-Фарабийский район, ул. Майлы Кожа 17, индекс 160011

Аннотация: в данной статье рассматривается феномен сверхпроводимости - уникальное состояние материалов, при котором они теряют электрическое сопротивление при охлаждении до критической температуры. Описывается историческое открытие сверхпроводимости Хейком Камерлинг-Оннесом в 1911 году и последующее развитие области, включая открытие высокотемпературных сверхпроводников в 1986 году. Особое внимание уделяется материалу LK-99, представляющему собой допированный медью свинцовый оксиапатит, который был предложен как кандидат на роль сверхпроводника при комнатной температуре. Обсуждаются как положительные, так и негативные результаты исследований LK-99, а также теоретические представления о возможном механизме сверхпроводимости в этом материале. Статья подчеркивает важность воспроизводимости результатов и скептицизм научного сообщества по отношению к заявленным прорывам в области сверхпроводимости.

Ключевые слова: cверхпроводимость, критическая температура, эффект Мейснера, высокотемпературные сверхпроводники, кристаллическая структура, электромагнитная левитация, диамагнетизм, LK-99, поликристаллическая структура, допированный медью свинцовый оксиапатит, поверхность Ферми, электронная проводимость.

Сверхпроводимость — это захватывающая и актуальная область исследований в современной физике. Этот феномен был обнаружен голландским учёным Хейком Камерлинг-Оннесом в 1911 году. Суть сверхпроводимости заключается в том, что определённые материалы, охлаждённые до определённой критической температуры, переходят в состояние, при котором они теряют всё электрическое сопротивление. В отличие от обычных материалов, где сопротивление уменьшается, но не исчезает полностью, сверхпроводники не имеют сопротивления, что позволяет электрическому току проходить через них без потерь энергии на нагрев. Это открытие было признано физиками крайне важным, поскольку оно открывает возможность передачи электроэнергии на большие расстояния без значительных потерь. Однако использование сверхпроводников в качестве проводников электричества имеет свои сложности, включая необходимость поддержания кабеля при очень низких температурах, что может быть более затратно, чем потери энергии в обычных кабелях. Поэтому, несмотря на существование сверхпроводящих проводов, их использование ограничено, и большинство линий электропередачи до сих пор используют алюминиевые и стальные провода. Тем не менее, благодаря сверхпроводимости удалось создать очень мощные и компактные электромагниты и сформировать сильные магнитные поля, что имеет большое значение для многих технологий. Например, сверхпроводники являются важным элементом в системах магнитно-резонансной томографии (МРТ).

[pic 1]

Рис. 1. Зеленый график показывает скачкообразное падение сопротивления при переходе в сверхпроводимость.

В поисках материала, способного сохранять сверхпроводимость при комнатной температуре, ученые в 1986 году обнаружили новый класс материалов, известных как «высокотемпературные сверхпроводники». Эти материалы отличаются от обычных сверхпроводников тем, что они могут проявлять сверхпроводимость при температурах, значительно превышающих температуры, при которых работают обычные сверхпроводники. В то время как классические сверхпроводники обычно функционируют только при экстремально низких температурах, близких к абсолютному нулю, высокотемпературные сверхпроводники могут сохранять свои свойства при температурах, близких к комнатным. На данный момент рекорд по высокотемпературной сверхпроводимости установлен для сложного оксида иттрия-бария-меди, известного как «YBCO», который становится сверхпроводящим при температуре, превышающей температуру кипения жидкого азота (77K). Это относительно высокая температура, но все еще ниже комнатной. Однако неприятен другой факт: в настоящее время нет удовлетворительного теоретического объяснения свойств высокотемпературных сверхпроводников. Многие ученые полагают, что это связано с тем, что эти материалы имеют сложную кристаллическую структуру, часто с образованием слоев. Например, многие из них имеют слоистые структуры, которые могут содержать различные элементы и компоненты. Эта сложность структуры затрудняет понимание механизма сверхпроводимости в этих материалах.