Историческая энциклопедия
Сверхпроводящие материалы представляют собой уникальные вещества, которые при определённых условиях (обычно при низких температурах) проводят электрический ток без каких-либо потерь, то есть они не имеют электрического сопротивления. Сверхпроводимость была открыта в начале 20 века, однако с 2020-х годов началось масштабное развитие новых сверхпроводников, что возродило интерес к этому явлению и его приложениям в электрических системах.
Открытие сверхпроводимости было сделано в 1911 году нидерландским физиком Хейке Камерлингом Оннесом, который обнаружил, что ртуть теряет электрическое сопротивление при температуре ниже 4,2 Кельвина. По мере изучения этого феномена были открыты различные типы сверхпроводников, включая "низкотемпературные" и "высокотемпературные" сверхпроводники, которые могут функционировать при менее экстремальных условиях. В 1986 году была сделана революция в области сверхпроводимости благодаря открытию высокотемпературного сверхпроводника YBCO (иттрий-барий-медный оксид), который работает при температурах выше 90 К.
С начала 2020-х годов исследования в области сверхпроводящих материалов получили новое дыхание. Ученые начали повсеместно использовать продвинутые методы моделирования на основе машинного обучения для создания новых комбинаций элементов, чтобы получить оптимальные характеристики сверхпроводимости. Использование криогенных технологий, а также новых методов синтеза и обработки материалов стало причиной появления сверхпроводников со значительно более высокими критическими температурами.
Одним из значимых достижений последних лет стало создание железных сверхпроводников, которые могут функционировать при температурах до 55 К. Однако именно открытие "гидридных" сверхпроводников, таких как H3S и LaH10, которое произошло в 2020-х годах, стало настоящим прорывом: некоторые из них демонстрируют сверхпроводимость при атмосферном давлении или даже при температурах выше 250 К. Это открытие открывает возможности для применения сверхпроводящих материалов в различных условиях, значительно снижая затраты на охлаждение.
Сверхпроводящие материалы находят самое разнообразное применение в современных электрических системах. Одним из самых перспективных направлений является создание сверхпроводящих магнитов, которые используются в магнитно-резонансной томографии (МРТ), а также в научных установках, таких как Большой адронный коллайдер. Сверхпроводящие кабели могут значительно снизить потери энергии при передаче по линиям электропередач, что делает возможным более эффективное распределение электроэнергии на большие расстояния.
Поскольку сверхпроводящие материалы обеспечивают нулевые потери энергии, их массовое внедрение может привести к значительным экономическим и экологическим преимуществам. Снижение потерь на передачу электроэнергии позволяет сократить потребление ресурсов, используемых для генерации энергии, а также уменьшить выбросы углекислого газа, связанные с производством энергии. В будущем ожидается, что использование сверхпроводящих технологий будет способствовать более устойчивым энергетическим системам.
Несмотря на всеобъемлющие преимущества сверхпроводящих материалов, перед ученым миром стоят немалые вызовы. Основной проблемой остаётся стоимость производства и необходимость поддержания сверхпроводников в критически низких температурах. Однако прогресс в области материаловедения и криогенных технологий, а также разработка новых методов комбинирования элементов создают перспективы для успешного преодоления этих трудностей в ближайшие десятилетия.
Сверхпроводящие материалы продолжают играть ключевую роль в развитии электрических систем и технологий. Открытия, сделанные в 2020-х годах, чётко демонстрируют, что будущее за сверхпроводящими материалами, которые способны преодолеть существующие ограничения и существенно изменить подход к созданию эффективных и устойчивых энергетических решений. Этот путь влечет за собой не только технологические, но и экономические и экологические изменения, которые, безусловно, повлияют на будущее энергетики во всем мире.