Международный коллектив ученых доказал, что большой образец сверхпроводящей пены имеет стабильное и сильное магнитное поле. В отличие от обычных сверхпроводников, пена является легким и прочным материалом с возможностью изготовления образцов большого размера.

Она может применяться в космосе для более легкой и бережной стыковки космических аппаратов и сбора космического мусора. Результаты исследования опубликованы в журнале Materials.

Сверхпроводники — магнитные материалы, электрическое сопротивление которых исчезает при низких температурах. Они активно применяются для создания сильных магнитных полей и эффекта левитации, датчиков, а также в электродвигателях, генераторах и для транспортировки энергии. На практике размер обыкновенных сверхпроводников ограничен 1–2 см. Более крупный образец может потрескаться либо терять свои свойства, что делает его непригодным для использования. Это осложняет их применение и значительно завышает стоимость.

Проблему малых размеров решило создание сверхпроводящей пены. Она состоит из пустых пор, которые окружены сверхпроводником. В таком виде можно получать сверхпроводники практически любых размеров, а незначительный вес и небольшое количество материала существенно уменьшают стоимость. Такая пористая структура помогает пене быстро охлаждаться — это очень важно для сверхпроводников, поскольку они проявляют свои свойства только при низких температурах. Но до массового использования данной разработки нужно уточнить принцип ее работы, к примеру понять, как в сверхпроводящих пенах действует магнитное поле.

Международный коллектив ученых из Японии и Германии совместно с Красноярским научным центром выяснил, что большие образцы сверхпроводящей пены имеют стабильное, однородное и достаточно сильное магнитное поле, которое распространяется со всех сторон материала. Это позволяет ей проявлять такие же свойства, как и у обычных сверхпроводников, несмотря на большие размеры. Благодаря этому, а также очень легкому весу пена может быть использована в космических разработках.

Для синтезирования сверхпроводящей пены создается пористая структура из полиуретана. После этого ее пропитывают химическими элементами, которые входят в состав сверхпроводника: иттрий, барий, медь и оксиды. Эти элементы предварительно растворяются в поливинилалкоголе (обычном клее ПВА). После пропитки пена обжигается до полного выгорания полиуретана, остается только соединение, близкое к сверхпроводнику, но абсолютно не сверхпроводящее. Поэтому в центр пены помещается сверхпроводящий кристалл, и вся конструкция снова нагревается. Под действием температуры из кристалла распространяется сверхпроводящий материал, полностью повторяя структуру пены. Таким образом весь образец пены становится сверхпроводящим.

«Сверхпроводящую пену легко изготовить. При желании и с правильными материалами под рукой ее получится сделать и дома в обычной духовке. К тому же такую пену можно использовать в космосе, особенно в спутниках. Для космических аппаратов особо важно, чтобы материал был небольшого веса, а разработанная пена чрезвычайно легкая. Она на 90% состоит из пор, самого проводника там всего 10%, поэтому она в 10 раз легче, чем обычный сверхпроводящий материал», — рассказал соавтор работы, кандидат физико-математических наук Денис Гохфельд, старший научный сотрудник Института физики им. Л. В. Киренского.