Исследователи Корнельского университета (США) разработали уникальный метод 3D-печати сверхпроводников — материалов, которые проводят электричество без потерь. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications. Прорыв заключается в том, что теперь сверхпроводники можно создавать за один этап, без сложных промежуточных процессов, а полученные структуры обладают рекордной производительностью.
Команда под руководством профессора Ульриха Виснера использовала специальные чернила, содержащие сополимеры (гибридные полимерные молекулы) и наночастицы. Во время печати эти компоненты сами собираются в упорядоченные структуры, а последующая термическая обработка превращает их в пористые кристаллические сверхпроводники. Такой «одноэтапный» процесс заменяет традиционные методы, которые требуют отдельного синтеза, измельчения порошков, связывающих веществ и многократного нагрева.
«Все это долгое время было в разработке», — отметил Виснер. «Мы показали, что можем не только печатать сложные формы, но и создавать материалы с характеристиками, которые раньше были недостижимы».
Главным достижением стала рекордная способность материала выдерживать магнитное поле: при экспериментах с нитридом ниобия верхнее критическое поле достигло 40–50 Тесла — наивысшее значение, зарегистрированное для этого соединения. Чем выше этот показатель, тем мощнее и устойчивее магниты, которые можно создавать из сверхпроводников, что особенно важно для МРТ, ускорителей частиц и квантовых технологий.
Метод Корнелла позволяет создавать материал сразу на трех уровнях: атомы формируют кристаллическую решетку, мелкие частицы сополимера собираются в наноструктуры, а 3D-печать задает крупные формы, например катушки или спирали. Эта многоуровневая архитектура обеспечивает уникальные свойства, включая высокую проводимость и стабильность в сильных магнитных полях.
Особая роль в проекте была у аспирантов Фэй Ю и Пэкстона Тетфорда, которые разработали и протестировали чернила и решили химические задачи, связанные с необычно малыми блок-сополимерами. В работе также участвовали профессора Брюс ван Довер, Сол Грюнер и Джулия Том-Леви.
В дальнейшем команда планирует применить метод к другим сверхпроводящим материалам, включая нитрид титана, и печатать более сложные геометрические формы, недоступные традиционным способам. Такие материалы могут быть полезны для квантовых устройств следующего поколения и других технологий, где требуется высокая проводимость и точная структура.
«Наша цель — сделать создание сверхпроводников с новыми свойствами проще и доступнее. Совместная работа химиков, физиков и материаловедов позволила объединить эти фундаментальные исследования и инженерные разработки», — добавил Виснер.
Физики нагрели золото в 14 раз выше температуры плавления — и оно осталось твердым
Физики добились сохранения сверхпроводимости при нормальном давлении
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram