Історична енциклопедія
Сверхпровідникові матеріали є унікальними речовинами, які за певних умов (зазвичай при низьких температурах) проводять електричний струм без жодних втрат, тобто вони не мають електричного опору. Сверхпровідність була відкрита на початку 20 століття, однак з 2020-х років розпочалося масове розвиток нових сверхпровідників, що відродило інтерес до цього явища та його застосувань в електричних системах.
Відкриття сверхпровідності було здійснене в 1911 році нідерландським фізиком Хейке Камерлінгом Оннесом, який виявив, що ртуть втрачає електричний опір при температурі нижче 4,2 Кельвина. В процесі вивчення цього феномена були відкриті різні типи сверхпровідників, включаючи "низькотемпературні" та "високотемпературні" сверхпровідники, які можуть функціонувати за менш екстремальних умов. У 1986 році відбулася революція в області сверхпровідності завдяки відкриттю високотемпературного сверхпровідника YBCO (ітрій-барій-медний оксид), який працює при температурах вище 90 К.
З початку 2020-х років дослідження в області сверхпровідникових матеріалів отримали новий імпульс. Вчені почали повсюдно використовувати передові методи моделювання на основі машинного навчання для створення нових комбінацій елементів, щоб отримати оптимальні характеристики сверхпровідності. Використання кріогенних технологій, а також нових методів синтезу і обробки матеріалів стало причиною появи сверхпровідників зі значно більш високими критичними температурами.
Одним з значущих досягнень останніх років стало створення залізних сверхпровідників, які можуть функціонувати при температурах до 55 К. Однак саме відкриття "гідридних" сверхпровідників, таких як H3S і LaH10, яке відбулося в 2020-х роках, стало справжнім проривом: деякі з них демонструють сверхпровідність при атмосферному тиску або навіть при температурах вище 250 К. Це відкриття відкриває можливості для застосування сверхпровідникових матеріалів в різних умовах, значно знижуючи витрати на охолодження.
Сверхпровідникові матеріали знаходять найрізноманітніше застосування в сучасних електричних системах. Одним з найперспективніших напрямків є створення сверхпровідникових магнітів, які використовуються в магнітно-резонансній томографії (МРТ), а також в наукових установках, таких як Великий адронний коллайдер. Сверхпровідникові кабелі можуть значно знизити втрати енергії при передачі по лініях електропередач, що робить можливим більш ефективне розподіл електроенергії на великі відстані.
Оскільки сверхпровідникові матеріали забезпечують нульові втрати енергії, їх масове впровадження може призвести до значних економічних та екологічних переваг. Зниження втрат на передачу електроенергії дозволяє скоротити споживання ресурсів, що використовуються для генерації енергії, а також зменшити викиди вуглекислого газу, пов'язані з виробництвом енергії. У майбутньому очікується, що використання сверхпровідникових технологій сприятиме більш стійким енергетичним системам.
Несмотря на всебічні переваги сверхпровідникових матеріалів, перед науковим світом стоять значні виклики. Основною проблемою залишається вартість виробництва та необхідність підтримки сверхпровідників в критично низьких температурах. Однак прогрес в області матеріалознавства та кріогенних технологій, а також розробка нових методів комбінування елементів створюють перспективи для успішного подолання цих труднощів у найближчі десятиліття.
Сверхпровідникові матеріали продовжують грати ключову роль у розвитку електричних систем і технологій. Відкриття, зроблені в 2020-х роках, чітко демонструють, що майбутнє за сверхпровідниковими матеріалами, які здатні подолати існуючі обмеження і суттєво змінити підходи до створення ефективних і стійких енергетичних рішень. Цей шлях веде не лише до технологічних, а й економічних та екологічних змін, які, безсумнівно, вплинуть на майбутнє енергетики у всьому світі.