Учёные в США упростили 3D-печать сверхпроводников — новый шаг к квантовым технологиям и не только

Учёные Корнеллского университета (Cornell University) представили упрощённую технологию создания сверхпроводящих элементов с использованием 3D-печати. Ранее для этого требовалось несколько циклов с отжигом на каждом этапе. Новая технология позволяет печатать сверхпроводящие элементы сложной конфигурации за один подход — всего лишь с одним циклом отжига. Это обещает расширить сферу применения сверхпроводников в науке и промышленности.

Источник изображения: ИИ-генерация Grok 3/3DNews

Исследователи создали специальный состав из сополимеров и неорганических наночастиц, который самоорганизуется в процессе печати. После термообработки напечатанные структуры превращаются в пористые кристаллические сверхпроводники. Представленный «одноэтапный» процесс (one-pot) значительно упрощает традиционные методы, требующие многоступенчатого синтеза, множества порошков, связующих ингредиентов и нескольких циклов нагрева.

Новый метод позволяет создавать сверхпроводники с упорядоченной структурой на трёх уровнях: атомном (кристаллическая решётка), мезоструктурном (за счёт самоорганизации сополимеров) и макроскопическом (в виде отдельных компонентов схемы — катушек, спиралей и других сложных форм). Технология была проверена на нитриде ниобия, демонстрирующем сверхпроводимость при охлаждении до −256 °C. Этот материал сохраняет свои свойства в магнитных полях силой до 50 тесла, что значительно выше, чем у других сверхпроводников этого класса. Напечатанные из нитрида ниобия компоненты подтвердили эффект в магнитном поле максимально возможной для него силы.

Применение порошковой 3D-печати для создания сверхпроводящих элементов упрощает производство и может улучшить целый ряд технологий, связанных с использованием сверхпроводимости — от магнитов для МРТ до квантовых устройств.

«Мы долго работали над этим, — поясняют учёные. — Эта работа показывает, что мы можем не только печатать сложные формы, но и придавать материалам свойства, которые ранее были просто недостижимы».

Команда планирует применить этот подход к другим сверхпроводящим соединениям, в том числе к нитриду титана. Также планируется исследовать сложные трёхмерные геометрические формы, которые трудно воспроизвести традиционными методами. Дополнительно пористая структура материала обеспечивает рекордную площадь поверхности для сверхпроводников, что может оказаться полезным для исследований квантовых материалов и устройств следующего поколения.