Веха в истории сверхпроводимости

Физики из Хьюстонского университета, Аргоннской национальной лаборатории и расположенной в штате Вашингтон частной исследовательской корпорации Intellectual Ventures разработали экспериментальный метод, позволивший достичь длительной сверхпроводимости при атмосферном давлении и температуре 151 К (–122 °С). В работе принимал участие профессор Пол Чжу Цзинъу (朱經武), который в 1986 году одним из первых в мире занялся высокотемпературной сверхпроводимостью. Результаты рекордного на данный момент эксперимента опубликованы в начале марта в PNAS¹.

Высокотемпературная сверхпроводимость in status nascendi

Вначале обратимся к предыстории. Напомню, что сверхпроводимость была открыта профессором Лейденского университета Хейке Камерлинг-Оннесом и двумя его ассистентами весной 1911 года. Исследователи занимались измерениями электрических свойств химически чистой ртути в криостате с жидким гелием. Их эксперименты показали, что этот металл полностью теряет сопротивление электрическому току при критической температуре (ее обозначают Т_с), приблизительно равной 4,2 К (позднее был получен более точный результат чуть ближе к абсолютному нулю: 4,15 К). Это и стало началом исследований сверхпроводимости как принципиально нового физического феномена. Затем в течение приблизительно двух десятилетий экспериментаторы занимались сверхпроводимостью чистых металлов, а потом обратили свое внимание на сплавы. Это расширение объектов исследований принесло результаты фундаментальной важности, и на страницах ТрВ-Наука я уже рассказывал о них подробно².

Среди чистых сверхпроводящих металлов самая высокая критическая температура наблюдается у ниобия. В 1929 году первые указания на его сверхпроводимость обнародовали канадские физики из группы профессора Университета Торонто сэра Джона Каннингема Макленнана, который шестью годами ранее создал там вторую в мире криогенную лабораторию с ожижителем гелия. Годом позже их выводы подтвердил будущий классик физики сверхпроводимости Вальтер Фриц Мейснер, на тот момент работавший в криогенной лаборатории Имперского физико-технического центра в берлинском пригороде Шарлоттенбурге. В 1933 году он прославился открытием великого эффекта вытеснения сверхпроводниками внешнего магнитного поля (эффект Мейснера — Оксенфельда). Сначала критическую температуру ниобия оценивали в 8 К, современное значение — 9,25 К.

Опыты с соединениями этого металла дали и более рекордные результаты. В 1941 году трое экспериментаторов из Шарлоттенбурга пришли к выводу, что нитрид ниобия делается сверхпроводником при температуре около 15 К. В 1954 году удалось измерить критическую температуру соединения ниобия с оловом Nb₃Sn, которая составила 18 К. Наконец в 1973 году сотрудник питтсбургского исследовательского центра фирмы Westinghouse Джон Гавалер выяснил, что приготовленные под высоким давлением тонкие пленки соединения ниобия с германием Nb₃Ge становятся сверхпроводниками при 22,3 К. Это был первый пример достижения сверхпроводимости при температуре, превышающей точку кипения водорода 20,28 К. Вообще-то экспериментаторы предполагали возможность перехода этого компаунда в сверхпроводящее состояние еще в 1954 году, но успеха добился только Гавалер³. Вскоре трое сотрудников лабораторий Белла в штате Нью-Джерси сообщили о повышении критической температуры того же материала до 23,2 К (правда, только у одного образца).

В течение последующих 13 лет этот рекорд так и не был перекрыт. Физики изучали и другие интерметаллические структуры с участием ниобия, но все они требовали для перехода в сверхпроводящее состояние большего охлаждения.

Однако тогда же, в 1973 году, имело место еще одно событие, сулившее, как сейчас понятно, весьма интересные возможности. Дэвид Джонстон из Калифорнийского университета в Сан-Диего заметил, что титанат лития Li₂TiO₃ делается сверхпроводником с критической температурой 13,7 К. Спустя два года сотрудник корпорации DuPont Артур Слейт обнаружил этот переход при чуть более высокой температуре у оксида бария, висмута и свинца. На этом дело и застопорилось, поскольку никто не ожидал, что перспективные сверхпроводящие материалы можно создавать на основе окислов металлов.

А потом, как часто бывает, вмешался счастливый случай. В 1981 году Клод Мишель и его коллеги по Университету Кан-Нормандия показали, что синтезированное ими соединение лантана, бария, меди и кислорода с кристаллической структурой, аналогичной структуре перовскита (этот термин я объясню в следующем разделе), при температурах от –100 °C до 300 °C демонстрирует электропроводность металлического типа. Французские физики не попытались охладить его посильнее, поскольку интересовались лишь применением этого вещества для нужд высокотемпературного химического катализа. В конце 1985 года их статью заметили сотрудники цюрихского исследовательского центра корпорации IBM Йоханнес Георг Беднорц и Карл Александр Мюллер, уже пару лет искавшие сверхпроводники на основе металлических оксидов, в том числе и перовскитов. Они синтезировали разные версии этого же вещества, различающиеся относительными концентрациями бария и лантана, в надежде «оттянуть» у ионов меди дополнительные электроны, чтобы увеличить плотноcть мобильных носителей электрического заряда. Расчет был на то, что у полученных кристаллов при очень низких температурах проявятся нестандартные электрические свойства и — чем чёрт не шутит — даже сверхпроводимость.

Судьба вознаградила исследователей. В январе 1986 года Беднорц и Мюллер уже имели сверхпроводники с критической температурой около 35 К. Около трех месяцев они держали свое открытие в секрете, многократно повторяя контрольные эксперименты. Более того, уже отослав в ежемесячник Zeitschrift für Physik статью с непритязательным заголовком «Возможная сверхпроводимость с высокой критической температурой в системе Ba-La-Cu-O», вплоть до ее выхода в свет они нигде не докладывали о своих сенсационных результатах и даже не делились ими с сотрудниками прочих исследовательских центров IBM. Причина была вполне банальной: опасение, что кто-нибудь продублирует их опыты и опередит первооткрывателей с публикацией результатов. Они и выбрали Zeitschrift für Physik, а не более престижные и читаемые Nature, Science или Physical Review Letters именно потому, что его редактор согласился срочно напечатать их пятистраничную статью⁴ без предварительного рецензирования. Она была опубликована уже в сентябрьском номере и через год принесла своим авторам Нобелевскую премию по физике.

Уральская находка

Семейство перовскитов обязано своим именем минералу CaTiO₃. В 1839 году его обнаружил на Среднем Урале немецкий ученый Густав Розе, назвавший свою находку в честь графа Льва Перовского, высокопоставленного чиновника николаевской эпохи и минералога-любителя.

Химический состав «классического» перовскита описывается формулой ABO₃, где буквы А и В означают металлы, а О — разумеется, кислород. Элементарная ячейка кристаллической структуры перовскита — куб, обычно несколько деформированный. В вершинах куба располагаются атомы (точнее, положительные ионы) одного металла, а в центре — другого (в случае собственно перовскита это катионы кальция и титана). В серединах ребер находятся анионы кислорода. Существуют также металлооксиды со сходными кристаллическими структурами, в состав которых входят не два, а три металла (или больше), а часть кислородных вакансий не заполнена. Среди перовскитов встречаются ферроэлектрики, вещества с гигантским магнитосопротивлением, и кристаллы (конкретно — титанат стронция SrTiO₃), которые в прошлом (за неимением лучшего) использовали для имитации бриллиантов.

Осень 1986 года

Как ни странно, поначалу сообщение Беднорца и Мюллера мало кто заметил. Специалисты по сверхпроводимости и вообще-то не особенно читали Zeitschrift für Physik, да и у физического сообщества он давно не пользовался таким же престижем, как в начале XX века, когда там регулярно печатались Альберт Эйнштейн, Эрвин Шрёдингер, Вернер Гейзенберг, Вольфганг Паули, Макс Борн, Паскуаль Йордан и другие корифеи физики. Однако в начале ноября статья попалась на глаза перебравшемуся в США с Тайваня крупному специалисту по сверхпроводящим материалам профессору Хьюстонского университета Полу Чжу Цзинъу. Группа Чжу не только в рекордный срок повторила эксперименты цюрихских коллег, но и на 10 К повысила критическую температуру их соединения, сжав его под высоким давлением.

Хьюстонские физики тогда еще не знали, что у них имелись конкуренты в Японии. В ноябре 1986 года профессор Токийского университета Сёдзи Танака и сотрудники его низкотемпературной лаборатории после ознакомления со статьей цюрихских коллег быстро повторили их результат. Интересно, что они и раньше работали с тем же самым материалом, но летом прервали эксперименты, исчерпав его запасы. Они также надежно подтвердили достижение сверхпроводимости, показав, что помещенные в криостат образцы выталкивают внешнее магнитное поле (то есть демонстрируют эффект Мейснера — Оксенфельда). Один из членов этой группы Коити Китадзава (к слову, в 2012 году он возглавил группу независимых экспертов, подготовивших доклад об аварии на ядерной электростанции в Фукусиме) доказал, что цюрихский сверхпроводник образован слоями ионов меди, каждый из которых находится в центре сильно деформированного октаэдра, образованного шестью атомами кислорода. В пространстве между этими слоями располагаются атомы лантана и бария, которые тоже формируют упорядоченную решетку. Эта кристаллическая структура с химической формулой La_1,8Ba_0,2CuO₄ относится к группе так называемых слоистых псевдоперовскитов. 4 декабря Пол Чжу Цзинъу и срочно прилетевший в США Китадзава доложили полученные результаты в Бостоне на ежегодной конференции Общества материаловедческих исследований. В результате уже без малейшего промедления погоня за высокотемпературными сверхпроводниками развернулась в полную силу.

Новые прорывы

Пол Чжу Цзинъу предполагал, что сжатие увеличивает критическую температуру благодаря уменьшению дистанции между кислородными октаэдрами. Вернувшись из Бостона, он решил проверить эту идею и синтезировал структурно сходное соединение, в котором барий заменен химически близким, но более легким стронцием. Гипотеза оправдалась — новое вещество без всякого сжатия превращалось в сверхпроводник при 39 К (этот же результат был независимо получен и в Цюрихе). Тогда хьюстонские физики, к которым присоединились коллеги из Алабамского университета, решили поиграть с химическими аналогами лантана, в частности, с иттрием. К концу января 1987 года они синтезировали соединение иттрия, бария, меди и кислорода с Tc=93 К. Это был первый материал, теряющий электрическое сопротивление при температуре, превышающей 77 К, точку кипения жидкого азота⁵. Это же открытие практически одновременно и независимо сделали сотрудники Института физики Академии наук КНР, но их результат стал известен в Европе и США с небольшим запозданием.

Но вернемся в Хьюстон. Пол Чжу Цзинъу, подобно Беднорцу и Мюллеру, опасался, что в процессе анонимного рецензирования кто-то воспроизведет его результаты и обнародует их первым под своим именем. Материал было не трудно синтезировать спеканием исходных компонентов в электропечи, если знать их концентрацию — а эту информацию необходимо было включить в статью. Пол Чжу Цзинъу попросил редактора Physical Review Letters в виде исключения подписать ее в печать без представления рецензентам, но получил отказ. Тогда он пошел на хитрость, и в отправленной в редакцию рукописи заменил иттрий (химический символ Y) на иттербий (Yb), а также слегка подправил весовые соотношения ингредиентов. Корректируя принятую статью, Пол Чжу Цзинъу исправил эти «опечатки», и она появилась в журнале уже без ошибок.

Эта предосторожность оказалась не лишней. Вскоре после публикации этой работы сразу несколько научных коллективов сообщили, что соединение с иттербием тоже становится сверхпроводником, хотя и при более низкой температуре. Судя по всему, имела место та самая утечка информации, которой опасался руководитель авторского коллектива, но виновники ее остались неизвестны. Когда эта история получила огласку, Пола Чжу Цзинъу обвиняли в сознательной дезинформации и нарушении научной этики, пусть даже с благими намерениями. Однако постепенно эмоции улеглись и большинство ученых согласилось, что Пол Чжу Цзинъу поступил правильно (это показали опросы). С того времени сей оправдательный вердикт не изменился.

Структуру нового сверхпроводника выяснили довольно быстро, причем сразу в нескольких лабораториях. На один атом иттрия там приходятся два атома бария, три атома меди и около семи атомов кислорода. Отсюда и общепринятое название: 1–2–3 структура. Ей соответствуют две очень похожие слоистые псевдоперовскитовые решетки с ячейками в виде почти прямоугольных параллелепипедов, вытянутых вдоль продольной оси. Основаниями ячеек могут быть либо квадраты (тетрагональная фаза), либо прямоугольники с почти одинаковыми сторонами (эту фазу называют орторомбической). Решетки несколько различаются по числу и расположению атомов кислорода. Эти данные впервые были доложены 18 марта 1987 года на конференции Американского физического общества, состоявшейся в нью-йоркском отеле «Хилтон». Ввиду огромного количества докладов и страшного возбуждения почти четырех тысяч участников эта встреча сохранилась в научном фольклоре как «физический Вудсток», Woodstock of physics (по ассоциации с легендарным фестивалем в горах Катскилл в штате Нью-Йорк, куда в августе 1969 года съехались полмиллиона поклонников рок-музыки). После этого высокотемпературные сверхпроводники обрели всемирную известность, а в США и еще ряде стран также и щедрое финансирование. В общем, процесс пошел.

Моя совесть историка науки требует сделать нижеследующее замечание. В принципе, обнаруженную Джоном Гавалером сверхпроводимость соединения Nb₃Ge уже можно было бы назвать высокотемпературной — всё же его критическая температура почти в два с половиной раза превышает температуру чистого ниобия. Но это открытие не имело особых последствий, поскольку интерметаллические соединения, как оказалось, не сулили более высоких критических температур. А вот работа с купратами открыла путь к созданию целого ряда керамических сверхпроводников с такими критическими температурами, о которых физики ранее могли только мечтать. Именно поэтому историю высокотемпературной сверхпроводимости естественно отсчитывать именно с 1986 года.

А что же дальше?

Теперь перейдем к результатам, достигнутым после первых основополагающих открытий. С одной стороны, они впечатляют. Создано множество сверхпроводников, содержащих весьма интересные добавки к базисным медно-кислородным планарным структурам (их еще называют сверхпроводниками из семейства оксидных купратов, или просто купратов, поскольку все они содержат анионы меди). Так, в 1988 году группа Пола Гранта из исследовательского центра IBM в Альмадене сообщила о сверхпроводнике CaBaCuO с T_c=125 К. Пятью годами позже выяснилось, что синтетическое соединение HgBa₂Ca₂Cu₃O_x (где x несколько больше 8), известное как Hg1223, переходит в сверхпроводящее состояние при 135 К (а при всестороннем сжатии до 30 ГПа — до 164 К). До последнего времени это вещество держало рекорд по максимальной критической температуре при нормальном давлении. Нельзя не отметить, что создала его группа недавно избранного членкора РАН Евгения Антипова из МГУ.

Все три с лишним десятка высокотемпературных сверхпроводников, полученных к началу нашего столетия, — это сложные соединения оксидов меди, обладающие структурой слоистых псевдоперовскитов. Они давно нашли немало применений в информационных, энергетических и других технологиях. Но это уже совсем другая история.

Новые времена

В нашем столетии список высокотемпературных сверхпроводников качественно расширился. В марте 2001 года японские физики удивили коллег сообщением, что давно известное простое интерметаллическое соединение диборид магния MgB₂ становится сверхпроводником при 39 К.

Через пять лет из Страны восходящего солнца пришла информация поинтересней. Сотрудники Токийского технологического института во главе с Хидэо Хосоно впервые обнаружили сверхпроводимость при нормальном давлении у вещества, содержащего железо. Критическая температура этого соединения LaOFeP была мизерной, всего около 5 К, однако открытие было неожиданным, поскольку чистое железо переходит в сверхпроводящее состояние лишь под сильным сжатием вблизи абсолютного нуля. Вскоре обнаружилось еще несколько сверхпроводников с участием железа и мышьяка — партнера фосфора по 15-й группе Периодической системы. У одного из них критическая температура равна 55 К, т. е. это вполне высокотемпературный сверхпроводник. Со временем список железосодержащих сверхпроводников расширился за счет веществ с совершенно неожиданным составом, причем некоторые из них вообще не содержат кислорода — в частности, соединения железа и селена, допированные калием, цезием или таллием (их критические температуры могут превышать 30 К). Исследования таких экзотических сверхпроводящих материалов ведутся весьма активно и обещают немалые сюрпризы.

Дискуссия о причинах

К началу XXI столетия у физиков не имелось более или менее общепринятых объяснений высокотемпературной сверхпроводимости. Было понятно, что и в новых материалах каким-то образом образуются куперовские электронные пары, которые дрейфуют во внешнем электрическом поле, не рассеиваясь на ионах кристаллической решетки. Из-за их рождения в спектре состояний электронов проводимости возникает пустая зона, так называемая энергетическая щель, чья ширина равна половинной энергии связи пары (иначе говоря, энергии связи в расчете на один электрон). Чем шире эта щель, тем выше критическая температура. Но для спаривания между электронами должно возникать эффективное притяжение, причины которого никак не находились. Напомню, что «нормальные» сверхпроводники хорошо описываются теорией Бардина — Купера — Шриффера (теория БКШ), в которой притяжение возникает за счет поляризации кристаллической решетки, создающей зоны локального избытка плотности положительного заряда (или, на квантовом языке, за счет электрон-фононного взаимодействия). Однако долго считалось, что у обычных металлов и их сплавов это взаимодействие не может быть слишком сильным, из-за чего куперовские пары разрушаются тепловыми колебаниями решетки при температурах не выше 30 К. Вплоть до открытия Беднорца и Мюллера все экспериментальные данные подтверждали этот вывод.

Правда, физики допускали, что у многокомпонентных соединений со специальной кристаллической структурой электрон-фононное взаимодействие может быть и более сильным, а критические температуры — более высокими. Одно время теоретики надеялись, что эта гипотеза откроет путь к пониманию сверхпроводимости псевдоперовскитов. Однако у этих материалов не наблюдается или почти не наблюдается изотопический эффект (зависимость критической температуры от массы атомов решетки), который непременно должен проявиться при электрон-фононном механизме возникновения куперовских пар. Это обстоятельство указывает на то, что электроны высокотемпературных сверхпроводников, скорее всего, притягиваются каким-то иным образом.

Сейчас природа «нестандартной» сверхпроводимости постепенно проясняется — но отнюдь не быстро. Споры не прекратились, но консенсус на подходе. Например, загадка диборида магния разрешилась довольно просто. Куперовские пары там образуются исключительно за счет электрон-фононного взаимодействия. В силу специфики его кристаллической структуры и электронных спектров оно отличается особой силой, отсюда и повышенная критическая температура. Так что здесь мы видим торжество классической теории БКШ, которая, как оказалось, вовсе не ограничена потолком в 30 К. Диборид магния интересен и в других отношениях (так, у него не одна, а две энергетические щели), но по части механизма возникновения сверхпроводимости он ничего особенного не представляет. Его даже не следует относить к числу «настоящих» высокотемпературных сверхпроводников, поскольку у них пары возникают не за счет обмена фононами.

Другое дело купраты и железосодержащие сверхпроводники. Судя по всему, куперовские пары там образуются благодаря прямым взаимодействиям между электронами проводимости. Как это может быть, коль скоро электроны отталкиваются по закону Кулона? Дело в том, что если кулоновское взаимодействие экранируется, то на больших дистанциях оно начинает осциллировать. За счет таких осцилляций оно даже может в каких-то участках пространства временно поменять знак, т. е. перейти от отталкивания к притяжению. Из-за этого электроны с определенными значениями орбитального момента обретают способность притягиваться друг к другу и объединяться в куперовские пары. В купратах так себя ведут электроны с орбитальным моментом, равным двум, — так называемые d-волны.

Но это еще не полная истина. Для возникновения сверхпроводимости такие электроны должны иметься в достаточных количествах, иначе не будет сырья для куперовских пар. Есть основания считать, что их появлению способствуют спиновые флуктуации небольшой протяженности. Этот эффект работает лишь в определенном интервале концентрации примесей, вне его он сходит на нет. Поэтому оксиды меди становятся сверхпроводниками только при допировании нужными добавками и в нужных количествах. В чистом виде, без примесей, это изоляторы.

Сверхпроводимость в железосодержащих материалах возникает тоже благодаря электрон-электронному взаимодействию, но иным образом. Там формируются пары за счет электронов с нулевым орбитальным моментом — как и в обычных сверхпроводниках. Однако их волновые функции устроены хитрее, и потому они тоже обретают способность притягиваться под воздействием спиновых флуктуаций. Эти теоретические модели хорошо подтверждаются экспериментами.

В общих чертах таково понимание природы высокотемпературных сверхпроводников, которое сложилось где-то в прошлом десятилетии. У них есть множество интереснейших свойств, о которых я не упоминаю просто из-за дефицита места. Например, их беспримесные предшественники (скажем, чистые оксиды меди) — антиферромагнетики — и возникновение сверхпроводимости при допировании конкурируют с магнитной упорядоченностью. В общем, физика сверхпроводимости свое второе столетие отметила с чрезвычайно воодушевляющими перспективами.

В последние 10–12 лет поиск высокотемпературных сверхпроводников принес много интереснейших результатов. Например, в 2014 году экспериментаторы показали, что простое соединение H₃S становится сверхпроводником при 203 К и 160 ГПа. На сегодняшний день максимальная критическая температура достижения сверхпроводимости, зафиксированная в 2019 году у декагидрида лантана (соединения лантана и водорода LaH₁₀), составляет 260 К⁶. Однако этот фазовый переход при почти что комнатной температуре потребовал сжатия образца до 190 ГПа, или без малого двух миллионов атмосфер.

Стоит отметить, что интересные открытия делаются и на левом конце измерения критических температур. Так, в 2007 году было показано, что при атмосферном давлении литий переходит в сверхпроводящее состояние при охлаждении менее чем до четырехсот микрокельвинов. Продолжаются активные исследования сверхпроводящих переходов при повышенных давлениях, например в семействе гидридов. Два с половиной года назад появилось сообщение китайских физиков о первом примере высокотемпературной сверхпроводимости у материала с участием никеля⁷. Выяснилось, что никелат лантана La₃Ni₂O₇ под давлением от 14 до 43,5 ГПа демонстрировал сверхпроводящие свойства с максимальной критической температурой 80 К. Позднее сверхпроводимость была выявлена и у других никелатов. Наконец, в последние годы бурно развиваются исследования материалов с различными сверхпроводящими фазами, обладающими нетривиальной топологией, — так называемых топологических сверхпроводников⁸. Они обладают очень нетривиальными магнитными свойствами, которые создают интересные перспективы их использования в квантовых запоминающих устройствах⁹. Но это тоже совсем другая история.

Hg-1223: действие первое и второе

В 1993 году физики обнаружили, что керамическое соединение из группы купратов на основе ртути, бария, кальция и оксида меди, названное Hg-1223, становилось сверхпроводником при температуре 133 К, или –140 °C. Особо интересно, что обретенная таким образом сверхпроводимость не только не требовала сверхсильного сжатия, но и достигалась при обычных условиях¹⁰. Этот результат стал мировым рекордом высокотемпературной сверхпроводимости при атмосферном давлении, который продержался свыше тридцати лет. Правда, в 1994 году экспериментаторы увеличили критическую температуру Hg-1223 до 164 К, но для этого его потребовалось сжать до 31 ГПа (чуть больше 300 тыс. атмосфер) и оставить под этим давлением.

Именно купрат Hg-1223 и стал материалом для нового рекорда.

Итак, 9 марта 2026 года физики из Хьюстонского университета, Аргоннской национальной лаборатории и расположенной в штате Вашингтон частной исследовательской корпорации Intellectual Ventures сообщили о разработке экспериментального метода, позволившего не только повысить максимум его критической температуры до 151 К (–122 °C), но и надолго сохранить достигнутую сверхпроводимость при атмосферном давлении. Среди авторов указан тот самый профессор Пол Чжу Цзинъу, который в 1986 году одним из первых в мире занялся высокотемпературной сверхпроводимостью.

Эксперимент проводился по следующей схеме. Четыре образца купрата Hg-1223 размерами 100–130 мкм подвергались сжатию соответственно до 10,1, 10,9, 18,9 и 28,4 ГПа при температуре 4,2 К. Затем в соответствии со специальным протоколом наложения и снятия давления (pressure-quench protocol, PQP) давление снижалось до атмосферного (еще один образец для контроля сдавливался до 26 ГПа при температуре 77 К). В результате три образца из этой четверки сохранили сверхпроводимость при атмосферном давлении в диапазоне температур 147–149 К, и один — при 151 К (контрольный образец потерял сверхпроводимость при 139 К). Хотя сверхпроводящее состояние было не полностью устойчивым, а только метастабильным, оно не разрушалось в течение приблизительно трех суток при хранении образцов в жидком азоте при температуре 77 К. При повышении температуры до 200 К сверхпроводимость быстро деградировала.

Таким образом, прежняя рекордная критическая температура высокотемпературной сверхпроводимости была увеличена сразу на 18° — по крайней мере, у одного образца (но такое, как я отмечал, случалось и раньше). Хьюстонские физики намерены продолжить свои эксперименты, чтобы установить причины обнаруженного эффекта (например, они допускают, что он может объясняться дефектами кристаллической решетки) и выяснить шансы его технологического применения.

Конечно, говорить о таких перспективах пока рано. В идеале обнаруженный феномен может открыть новые пути к достижению заветной цели для нескольких поколений физиков — созданию материалов, остающихся сверхпроводниками при обычных температурах и давлениях, — но именно в идеале. Авторы статьи также выражают надежду, что дальнейшее совершенствование PQ-метода может оказаться полезным для получения и консервации других метастабильных состояний твердых тел, не связанных с экспериментами в области сверхпроводимости. Возможно, эти ожидания оправдаются.

Вместо заключения

Напоследок позволю себе замечание общего характера. Я уже отмечал, что реализация сверхпроводимости при атмосферном давлении и комнатных либо хотя бы околокомнатных температурах — это Святой Грааль специалистов по физике конденсированных сред. В литературе неоднократно подчеркивалось, что сегодня науке не известно ни одного фундаментального закона природы, который бы запрещал достижение этой цели. Например, прошлой весной в печати появилась статья с оценкой верхнего предела критической температуры сверхпроводимости, основанной на электрон-фононном механизме объединения электронов в куперовские пары¹¹. Ее авторы пришли к выводу, что этот предел определяется только значениями фундаментальных физических констант и лежит в диапазоне от 100 до 1000 К. Напомню, что для комнатной сверхпроводимости вполне хватило бы не тысячи, а всего лишь трех сотен кельвинов. Увы, возглавивший список авторов статьи Константин Траченко, профессор физики лондонского Университета королевы Марии, за несколько месяцев до ее публикации скончался от рака в возрасте 54 лет.

Сейчас в лабораториях разных стран обнаружено или получено множество материалов, делающихся сверхпроводниками при самых разных внешних условиях. Сей факт и в самом деле наталкивает на мысль, что поиски сверхпроводников с критическими температурами порядка плюс-минус нескольких градусов по Цельсию при атмосферном давлении и в самом деле могут привести к успеху — если не в нашем десятилетии или даже веке, то хотя бы позднее¹².

Однако реальная ситуация всё же сложнее. Современная наука располагает немалым арсеналом теоретических методов и компьютерных алгоритмов, позволяющих предсказывать состав и структуру потенциальных сверхпроводников, включая и высокотемпературные. Можно не сомневаться, что использование искусственного интеллекта многократно увеличит эффективность таких симуляций. Однако дело осложняется тем, что большинство этих созданных «на кончике пера» материалов не удается синтезировать на базе ныне существующих технологий. Поэтому движение к комнатной сверхпроводимости потребует не только (что очевидно) больших капиталовложений, но и весьма активной и долговременной консолидации усилий специалистов по информатике, физике, химии и материаловедению. И тут уж как Бог порешит.

Алексей Левин

¹ Deng L. et al. Ambient-pressure 151-K superconductivity in HgBa₂Ca₂Cu₃O_8+δ via pressure quench // Proceedings of the National Academy of Sciences. Vol. 123, No 11 (2026). pnas.org/doi/10.1073/pnas.2536178123

² Левин А. Сверхпроводимость и квантовая механика: он нейтралитета к союзу // ТрВ-Наука № 443 от 02.12.2025. www.trv-science.ru/2025/12/sverhprovodimost-i-kvantovaya-mehanika-ot-nejtraliteta-k-soyuzu

³ Gavaler J. R. Superconductivity in Nb-Ge films above 22 K // Applied Physics Letters. 23, 480–82 (1973).

⁴ Bednorz J. G. and Müller K. A. Possible high T_c superconductivity in the Ba–La–Cu–O system // Z. Phys. B. 64 (1), 189–193 (1986).

⁵ Wu M. K. et al. Superconductivity at 93 K in a new mixed-phase Y-Ba-Cu-O compound system at ambient pressure // Physical Review Letters. 58 (9), 908–910 (1987).

⁶ Somayazulu M. et al. Evidence for superconductivity above 260 K in lanthanum superhydride at megabar pressures //
Phyical Review Letters. 122, 027001 (2019).

⁷ Sun H. et al. Signatures of superconductivity near 80 K in a nickelate under high pressure // Nature. 621, 493–498 (2023).

⁸ См., напр.: Вальков В. В. и др. Топологическая сверхпроводимость и майорановские состояния в низкоразмерных системах //
УФН. Том 192, № 1, с. 3–44 (2022).

⁹ Sylvia K. Lewin et al. Yigh-field superconducting halo in UTe₂ // Science. 389 (6759), 512–515 (31 July 2025).

¹⁰ Schilling A., Cantoni M., Guo J. D., Ott H. R. Superconductivity above 130 K in the Hg–Ba–Ca–Cu–O system // Nature. 363, 56–58 (1993).

¹¹ Trachenko K., Monserrat B., Hutcheon M., Pickard C. J. Upper bounds on the highest phonon frequency and superconducting temperature from fundamental physical constants // Journal of Physics: Condensed Matter. Vol. 37, Issue 16 (April 2025).

¹² Castelvecchi D. How would room-temperature superconductors change science? // Nature. 621, 18–19 (2023);
Cartwright J. Why we are finally within reach of a room-temperature superconductor // New Scientist. 119, 36–39 (2024).