Nadprzewodnictwo w 63 kelwinach bez ściskania. Trzecia rodzina materiałów przekroczyła granicę

Nadprzewodnik to materiał, w którym prąd płynie bez żadnych strat. Problem polega na tym, że wszystkie znane nadprzewodniki wymagają albo skrajnego chłodzenia, albo skrajnego ciśnienia — a najlepiej obu naraz. Cała ta dziedzina od stu lat polega na przesuwaniu tych dwóch warunków w stronę wartości, przy których dałoby się z materiału zrobić kabel.

Zespół z Południowego Uniwersytetu Nauki i Techniki w Shenzhen, kierowany przez Xue Qikuna i Chena Zhuoyu, przesunął jeden z nich w sposób, który środowisko uznało za przełomowy.

Granica McMillana i dwie rodziny, które ją przebiły

Do lat osiemdziesiątych obowiązywało teoretyczne oszacowanie zwane granicą McMillana: nadprzewodnictwo opisywane klasyczną teorią nie powinno występować powyżej około 40 kelwinów, czyli minus 233 stopni Celsjusza. Wszystko powyżej tej wartości wymaga mechanizmu, którego klasyczna teoria nie obejmuje.

Przez dekady granicę tę przebiły dwie grupy materiałów: nadprzewodniki miedziowe, odkryte w 1986 roku, i żelazowe, odkryte w 2008. Trzeciej nie było.

Tlenki niklu, czyli niklany, były podejrzewane od dawna, bo nikiel w układzie okresowym stoi obok miedzi i tworzy podobne struktury warstwowe. Kłopot polegał na tym, że nadprzewodnictwo pojawiało się w nich tylko pod ciśnieniem rzędu dziesiątek tysięcy atmosfer — w prasach diamentowych o rozmiarze paznokcia. Materiał, który działa wyłącznie w takim urządzeniu, nie ma zastosowań.

Co dokładnie osiągnięto

W lutym 2025 roku zespół opublikował w „Nature" wynik: cienkie warstwy dwuwarstwowego niklanu wykazujące nadprzewodnictwo powyżej 40 kelwinów przy zwykłym ciśnieniu atmosferycznym, z potwierdzonym zerowym oporem i diamagnetyzmem — dwoma niezależnymi objawami, których wymaga się dla uznania nadprzewodnictwa. Niklany stały się trzecią rodziną, która przekroczyła granicę McMillana bez ściskania.

W marcu 2026 ten sam zespół podniósł poprzeczkę i opublikował w „National Science Review" nowe rekordy: początek przejścia nadprzewodzącego przy 63 kelwinach i zerowy opór przy 37 kelwinach. Temperatura, przy której pojawia się diamagnetyzm Meissnera, wzrosła podobnie. Wszystkie trzy wartości są dziś rekordami świata dla tej klasy materiałów przy ciśnieniu normalnym.

Sztuka polega na tym, jak to wyhodować

Najciekawsza część tego wyniku nie dotyczy fizyki, a rzemiosła. Żeby niklan był nadprzewodnikiem, atomy niklu muszą mieć precyzyjnie określony stopień utlenienia. Żeby warstwa była trwała i uporządkowana, trzeba ją hodować w wysokiej temperaturze. Te dwa wymagania są ze sobą w sprzeczności termodynamicznej: warunki dobre dla struktury psują utlenienie i odwrotnie.

Rozwiązaniem okazała się metoda nazwana „silnie utleniającą epitaksją warstwa po warstwie". Zespół zbudował układ, który dostarcza środowisko utleniające około tysiąc razy silniejsze niż standardowe, i połączył je z wyższą temperaturą wzrostu. Dzięki temu obie sprzeczne potrzeby dają się spełnić jednocześnie, a warstwa powstaje w jednym procesie, bez wyjmowania próbki z komory.

Ma to znaczenie praktyczne wykraczające poza jedno laboratorium: metoda jest przenośna na inne tlenki, w których problem utleniania blokował badania.

Dlaczego to działa — pierwsze odpowiedzi

21 maja 2026 roku w „Science" ukazała się praca, która schodzi o poziom głębiej i pyta o mechanizm. Wykonano ją metodą spektroskopii fotoelektronów z rozdzielczością kątową (ARPES), pozwalającą zobaczyć, jak elektrony rozkładają się pod względem energii i pędu. Próbki wożono z Shenzhen do Hefei w komorach z ultrawysoką próżnią, żeby powierzchnia nie utleniła się w drodze.

Dwa wyniki są istotne. Pierwszy: przerwa nadprzewodząca okazała się bezwęzłowa — jej wartość nie spada do zera w żadnym kierunku w przestrzeni pędów. To ważna wskazówka o symetrii parowania elektronów, różniąca niklany od nadprzewodników miedziowych, w których węzły występują.

Drugi: w krzywej energetycznej elektronów znaleziono charakterystyczne załamanie około 70 milielektronowoltów poniżej poziomu Fermiego. Takie załamanie jest podpisem sprzężenia elektronów z bozonem — jakimś drganiem sieci albo wzbudzeniem magnetycznym, które pośredniczy w wiązaniu elektronów w pary. Wskazanie energii tego pośrednika to konkretny trop w pytaniu, dlaczego niklany nadprzewodzą.

Ile do praktycznego zastosowania

Uczciwa odpowiedź: daleko, i warto to powiedzieć wprost, bo w doniesieniach o nadprzewodnikach entuzjazm regularnie wyprzedza fakty.

Zero oporu przy 37 kelwinach oznacza, że materiał trzeba chłodzić ciekłym helem albo wodorem. Granica użytkowa, o którą naprawdę idzie gra, to 77 kelwinów — temperatura ciekłego azotu, który jest tani i dostępny wszędzie. Nadprzewodniki miedziowe pracują powyżej tej granicy od trzydziestu lat, tylko są kruche jak ceramika i trudne do przerobienia na przewód.

Wartość wyniku z Shenzhen leży więc gdzie indziej. Po pierwsze: pojawiła się trzecia rodzina wysokotemperaturowych nadprzewodników, a każda nowa rodzina to nowy zestaw danych dla teorii, która wciąż nie umie wyjaśnić tego zjawiska. Po drugie: warstwy hoduje się metodami stosowanymi w przemyśle półprzewodnikowym, a nie prasuje w prasie diamentowej — czyli można je od razu badać w układach cienkowarstwowych, tak jak zwykłą elektronikę.

Fizyka wysokotemperaturowego nadprzewodnictwa jest otwartym problemem od 1986 roku. Nie zostanie rozwiązana jednym pomiarem, ale rozstrzygnie się właśnie takimi.

Źródła: SUSTech, Keji Ribao, SUSTech — dział badań, Guangming Ribao, 21jingji, QbitAI.