В Красноярске прошел XIV Сибирский семинар по высокотемпературной сверхпроводимости и физике наноструктур «ОКНО-2023». Организаторами научной встречи стали Институт физики им. Л. В. Киренского СО РАН, Сибирский федеральный университет, Омский государственный университет им. Ф. М. Достоевского, Новосибирский государственный университет, Институт неорганической химии СО РАН (Новосибирск), Научный совет РАН по проблеме «Физика низких температур».

Семинар проходит раз в два года, по очереди в Омске, Красноярске, Новосибирске, — городах, из первых букв названий которых и получилась аббревиатура «ОКНО». В течение двух дней учёные представляли последние разработки и достижения в области сверхпроводников и наноструктур — перспективных направлениях, которые позволят вывести на новый уровень такие отрасли, как энергетика и электроника.

Мы поговорили с организаторами об уникальных российских технологиях. Первым задали вопрос одному из организаторов семинара главному научному сотруднику Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН члену-корреспонденту РАН Максиму Коршунову.

«Сверхпроводники, даже высокотемпературные, известны уже довольно давно, поэтому часть работ посвящена практическому их применению. Однако, осталось ещё много фундаментальных вопросов про природу сверхпроводимости. Теоретические подходы там сродни применяемым в квантовой теории поля. Помимо «классики жанра» — изучения роли магнитных возбуждений и электрон-фононного взаимодействия, захвата магнитного потока, измерения критического тока, были доклады о новых направлениях. Это применение машинного обучения и нейронных сетей, майорановские моды и топологические состояния, изучение процессов релаксации со временем в слоистых магнитных структурах, создание сложных структур из углеродных нанотрубок, синтез и изучение свойств новых сверхпроводящих соединений — как пниктидов железа, так и гидридов, претендующих на звание комнатнотемпературных сверхпроводников, хотя и при высоких давлениях.

В конференции приняли участие студенты. Молодых людей привлекают научные загадки, что-то новое и ещё не объяснённое. Слова о востребованности какой-то технологии на основе сверхпроводников их не так вдохновляют, как, собственно, загадки природы. Для сверхпроводников это объяснение высокотемпературной, комнатнотемпературной и необычной сверхпроводимости, природы нематической и топологической фаз».

Кроме теоретиков в семинаре приняли участие и представители промышленного комплекса, которые непосредственно внедряют технологии в производство. Например, части, которые используют в коллайдере. Можно ли говорить о позитивных сдвигах и наращивании собственного производства в стране?

«Про наращивание производства в стране не просто можно, а нужно говорить! Оно идёт, но, почему-то, негативные новости пользуются большим спросом у некоторых СМИ. На конференции был Павел Дягтеренко, кандидат физико-математических наук, представитель московской фирмы SuperOx, производящей самые большие объёмы сверхпроводящих кабелей в мире. Ирина Дерягина, кандидат технических наук, старший научный сотрудник академического института ИФМ УрО РАН, специалист в области изучения структуры сверхпроводящих материалов, мелкозернистой керамики средствами электронной и атомно-силовой микроскопии, рассказавшая о производстве кабелей и магнитных катушек на основе классических сверхпроводников. Она рассказала, как всего лишь за два года был построен Чепецкий механический завод по производству такой продукции. Россия — единственная страна в мире, которая смогла обеспечить предложенный ещё в 1985 году академиком Евгением Велиховым и строящийся до сих пор международный термоядерный экспериментальный реактор ITER магнитными сверхпроводящими катушками с невиданными плотностями критического тока. А ведь это — передний край науки и технологии. Это как ядерные технологии. Если у какой-то страны они есть, есть ядерное оружие и атомные электростанции, значит технологический уровень всей страны наивысший. Именно всей страны, не может быть, грубо говоря, первобытных аборигенов, построивших свой завод по производству смартфонов, но в остальном живущих первобытной жизнью. Высокотехнологичное производство — это вершина цепи, в основе которой лежит фундаментальная наука. Нельзя из цепи выдернуть звенья, всё порушится. И у нашей страны есть все возможности, потенциал, оставаться лидером в области высоких технологий, если развивать все звенья этой цепи», — прокомментировал Максим Коршунов.

Как сверхпроводники связаны с передовыми исследованиями и почему это так важно для науки и для развития страны? Все слышали про адронный коллайдер, который предназначен для разгона протонов и тяжелых ионов (ионов свинца) и изучения продуктов их соударений. Когда частицы сталкиваются, в результате могут ненадолго образовываться другие частицы, которые невозможно получить другим способом. Наблюдая за «следами» этих новых частиц, ученые могут доказать, опровергнуть или дополнить гипотезы о фундаментальном устройстве мира и его законов на самом базовом, квантовом уровне.

Большой адронный коллайдер находится на границе Швейцарии и Франции. В России, в наукограде Дубна (Подмосковье) строится свой коллайдер NICA (Nuclotron-based Ion Collider Faсility). Это новый ускорительный комплекс, который создаётся на базе Объединённого института ядерных исследований с целью изучения свойств плотной барионной материи. После того, как коллайдер NICA будет запущен, учёные ОИЯИ смогут воссоздать в лабораторных условиях особое состояние вещества, в котором пребывала наша Вселенная первые мгновения после Большого Взрыва,

Ускоритель тяжелых ионов NICA построен в рамках российских мегасайенс проектов. Длина основного кольца ускорителя — 336 метров. Сверхпроводящий промежуточний синхротрон бустер будет разгонять ионы золота до энергий 578 мегаэлектронвольт на нуклон. Это предпоследний крупный элемент ускорительного комплекса, после его запуска останется запустить только большое кольцо коллайдера. Для него московская фирма SuperOx производит самые большие объёмы сверхпроводящих кабелей в мире, ограничители тока и магнитные катушки на основе высокотемпературных сверхпроводников.

Подробнее об этом рассказал представитель фирмы SuperOx кандидат физико-математических наук Павел Дягтеренко: «Наша компания производит высокотемпературный сверхпроводник. То, что мы сделали — это уникально, мы сумели повысить почти в два с половиной раза критический ток. Используя фундаментальные наработки, мы внедрили технологию создания высокотемпературных сверхпроводников. Весь многолетний опыт, который накоплен, используется для реализации проекта Nika в Дубне. Там есть бустер, нуклотрон, которые будут модернизированы — это предускорительные кольца. И потом они будут запускаться непосредственно в Нику, и там будут получать пучки необходимой энергии. В адронном коллайдере используется, в основном, низкотемпературный сверхпроводник. И там же работают с гелием, а здесь хочется сделать сверхпроводник, который будет работать непосредственно при азотных температурах — это существенно удешевляет работу и обслуживание.

Что касается нашего производства, у нас все уже импортозамещено, — мишени, подложка, и теперь вот кольцо будет сделано из российского материала и по уникальной для России технологии. Мы сейчас являемся единственной компанией в мире, которая может обеспечить однородность сверхпроводника при таких огромных длинах».

Поэтому, в том числе, в тематику сверхпроводников, активно вовлекают молодых ученых и стараются укреплять и развивать межрегиональное сотрудничество.

«Тематика нашего семинара актуальна — с каждым годом появляются новые достижения в рассматриваемых нами областях. К примеру, сейчас в России научились делать материалы для магнитов на сверхпроводниках, которые уже можно производить в промышленных объёмах. А это открывает дорогу к конструированию, к примеру, реакторов нового поколения. Если получится найти способ производства сверхпроводников, которые могут работать в полевых условиях, то мы сможем передавать энергию без потерь на огромные расстояния. Именно поэтому важно давать слово молодым исследователям, ведь им предстоит развивать науку дальше», — отметил Сергей Овчинников руководитель научного направления «Магнетизм» Института физики им. Л. В. Киренского СО РАН, заслуженный деятель науки РФ, профессор, доктор физико-математических наук.

Источник: КНЦ СО РАН.