Сверхпроводники изменили современные технологии, от аппаратов МРТ до ускорителей частиц и поездов на магнитной подвеске, и у них есть возможность сделать еще больше.
При охлаждении ниже критической температуры, зависящей от материала, ключевое свойство сверхпроводящего материала заключается в том, что он может проводить электричество без сопротивления. Однако за это исключительное качество приходится платить: самые распространенные сверхпроводники на основе ниобия работают при очень низких температурах, около 10 градусов по Кельвину (-442 градуса по Фаренгейту или -263 градуса по Цельсию).
Ученые хотели создать сверхпроводники, которые могли бы работать при более высоких критических температурах в течение последних 50 лет, в идеале при комнатной температуре, хотя 100 градусов Кельвина (-173 градуса Цельсия или -279 градусов по Фаренгейту) приемлемы для различных применений. К сожалению, производство высокотемпературных сверхпроводников, которые были идентифицированы ранее, проблематично.
Адъюнкт-профессор физики Бингемтонского университета Елена Роксана Марджин, работающая в области вычислительной физики, может проложить путь к крупным достижениям в этой области. Прошлым летом она получила три гранта Национального научного фонда (NSF), в качестве помощи в этом начинании. Цель этого проекта состоит в том, чтобы объединить дополнительные сильные стороны трех программных пакетов, созданных PI гранта (главные исследователи), а также встроенные слои совместимости для важных кодов теории функционала плотности.
В результате этой киберинфраструктуры ученые смогут проводить систематические и прогнозные расчеты атрибутов, которые помогут им создавать материалы следующего поколения для энергетики, вычислений и квантовых технологий. Сверхпроводимость — сложный механизм, в котором электроны взаимодействуют с колебаниями атомов в веществе. Точное моделирование этой взаимосвязи требует не только сложных компьютерных кодов и расчетов, но и огромной вычислительной мощности.
Исследователи могут предсказать, какие материалы будут превосходны в качестве сверхпроводников, используя компьютерное моделирование, особенно те, которые могут работать при более высоких критических температурах. Понимание того, как они функционируют на атомном уровне, может привести к прорыву в области хранения энергии, медицины, электроники, транспорта и, возможно, квантовых вычислений в будущем.
«То, что мы пытаемся сделать, — это разработать методы с улучшенными возможностями прогнозирования, которые проложат путь к рациональному проектированию новых сверхпроводников», — сказала Марджин.
С Уважением, Segau7