Учёные из Мичиганского университета впервые использовали сверхпроводимость для контроля наноразмерного теплового излучения. Они обнаружили, что в сверхпроводящем состоянии ниобий блокирует передачу тепла через вакуумный нанозазор в 20 раз эффективнее, чем в обычном металлическом состоянии.
Это стало возможным благодаря явлению ближнепольного теплового излучения, где тепло переносится фотонами, «просачивающимися» через узкие зазоры. Исследователи создали экспериментальную платформу с калориметром, способным работать при криогенных температурах, близких к абсолютному нулю. Они разместили золотую сферу в 10 нанометрах от ниобиевой пластины. При охлаждении ниже 7,4 К ниобий переходил в сверхпроводящее состояние, и теплообмен резко падал из-за возникновения энергетической щели, препятствующей поглощению тепловых фотонов.
На основе этого эффекта команда продемонстрировала криогенный тепловой диод с рекордной эффективностью 70%, где тепло течёт преимущественно в одном направлении. Это достижение открывает новые возможности для управления теплом в сверхпроводящих устройствах, включая квантовые компьютеры, где даже малейшие тепловые шумы разрушают вычисления. Исследование предлагает принципиально новый подход к терморегулированию в наномасштабе.
Новая экспериментальная платформа и специализированный калориметр позволили команде инженеров из Мичиганского университета изучить перенос тепла на наноуровне при криогенных температурах. Калориметр, расположенный на расстоянии 10 нанометров от пластины, объединяет платиновый линейный нагреватель и термометр в кантилевере, прикрепленном к сфере из диоксида кремния, покрытой золотом. Ниже находится пластина из нитрида кремния, покрытая тонким слоем ниобия, с прикрепленными к ней нагревателем и термометром. При охлаждении до температуры ниже 7,4 К ниобиевая пластина переходит в сверхпроводящее состояние и блокирует тепловое излучение, испускаемое золотой сферой.
Источник: Юйсюань Луань, Инженерный факультет Мичиганского университета.
Дополнительная информация: Yuxuan Luan et al, A cryogenic near-field thermal diode leveraging superconducting phase transitions, Nature Nanotechnology (2026). DOI: 10.1038/s41565-025-02112-x
Источник: https://phys.org/news/2026-02-niobium-superconducting-field.html