Двое физиков из Калифорнийского университета в Сан-Диего (США) показали, что для наблюдения эффекта сверхпроводимости не требуется охлаждать до критической температуры весь объем материала.

В своей работе, которая носит чисто теоретический характер, авторы рассматривали модель тонкого провода из сверхпроводящего материала, находящегося в контакте с двумя термостатами — системами, сохраняющими свою температуру на заданном уровне за счет большой теплоемкости. Температуру перехода материала в сверхпроводящее состояние исследователи обозначили как Т_с, а температуры термостатов — как Т_R и Т_L; значения этих параметров должны удовлетворять неравенству Т_R > Т_с > Т_L. Дополнительно была введена величина Т_R,с — максимальное значение Т_R, при котором еще сохраняется сверхпроводящее состояние. Для того чтобы сделать запись более компактной, отношение Т_L / Т_с ученые обозначили буквой γ.

Моделирование проводилось для ситуации, в которой вся поверхность провода контактирует с термостатами. За α было принято отношение площади контакта термостата Т_R к общей площади поверхности; для термостата Т_L это отношение равняется, следовательно, (1 – α).

Выполнив расчеты, исследователи сформулировали зависимость, которая связывает между собой упомянутые выше параметры. Полученное уравнение имеет следующий вид:

ТR,с / Тс = γ^{1 – 1 / α}.

Пользуясь этой зависимостью, можно оценить практические характеристики систем, работающих по предложенному принципу. Так, если «рабочую» температуру Т_R,c поднять до точки кипения азота (77 К), 40% площади поверхности провода, изготовленного из материала с Т_c ~ 60 К, необходимо будет охладить до 40 К.

Конечно, больший интерес представляет повышение Т_R,c до комнатной температуры. Недавно открытые железосодержащие соединения, к примеру, имеют Т_c ~ 50 К; если взять α = 0,5, то Т_R,c превысит комнатную температуру при охлаждении половины длины провода до 7,5 К. В случае повышения Т_c до 80 К необходимая температура Т_L составит «целых» 20 К.

Авторы также предложили экспериментальную схему для проверки своей теории.

Результаты расчетов, проведенных авторами (иллюстрация из журнала Physical Review B)

Полная версия отчета исследователей будет опубликована в журнале Physical Review B; препринт статьи можно скачать с сайта arXiv.