В 2011 году исполнится 100 лет с момента открытия сверхпроводимости Х. Камерлинг-Онессом. Им было установлено, что ртуть при очень низкой температуре (4,15К) становится сверхпроводником со строго нулевым электрическим сопротивлением.

Преимущества сверхпроводимости, например, в энергетике очевидны, но они могут быть реализованы только в том случае, если этот эффект будет достигнут при комнатных температурах. Главной причиной, из-за которой специалисты до сих пор не могут создать такой материал, является, по мнению академика В.Л. Гинзбурга, отсутствие ясности в понимании физического механизма этого явления.

Инициатором проекта создания комнатно-температурного сверхпроводника (КТСП), который в настоящее время успешно выполняется, является Венчурный фонд ВПК. Для выяснения механизма явления в проекте определены новые свойства частицы, ответственной за сверхпроводимость. Согласно официальной теории сверхпроводимости БКШ (Бардина-Купера-Шриффера), такой частицей является куперовская электронная пара, образующаяся в результате взаимодействия электронов с тепловыми колебаниями кристаллической решетки – фононами. В проекте установлено, что электроны, кроме электрического заряда, имеют и цветовой. Понятие цветового заряда используется в квантовой хромодинамике для объяснения образования нуклонов из кварков. Цветовой заряд больше, чем электрический, но является короткодействующим. Поэтому разноцветные (черные и белые) электроны на близких расстояниях, которые имеют место, например, в кристаллах с высокой электронной плотностью, притягиваются и могут преодолевать кулоновское отталкивание. В результате образуется вращающаяся квантовая частица (рис. а), которая была названа мультиэлектроном (me). Возникающая при вращении центробежная сила выталкивает me в свободное пространство кристалла проводника, где они сосредотачиваются и создают зону сверхпроводимости в виде канала без препятствий.

Если теперь к проводнику приложить электрическое поле, то me приобретут направленное движение без сопротивления и возникнет сверхток. Если сверхпроводник с me поместить в магнитное поле, то частицы приобретут дополнительное вращение (прецессию), выталкивая это поле из сверхпроводника наружу. В итоге проявится известное свойство сверхпроводника – диамагнетизм.
Особое внимание было обращено на размеры частицы. В проекте усовершенствовали методику обработки экспериментальных карт деформационной электронной плотности в кристаллах на основе прецизионной рентгеновской томографии (рис б). Нашли, что классический радиус me составляет всего 6-8 пм, что в 7,5 раза меньше радиуса атома водорода (Н). Расчет волновой функции частицы (2) в сравнении с Н (1) (рис. в) также подтвердил полученные результаты. Столь малые размеры me показали, что создать комнатнотемпературный сверхпроводник возможно только на основе нанотехнологий.

К квантовым свойствам me относится и ярко выраженный туннельный эффект, известный из физики элементарных частиц и электроники. Электроны при туннелировании могут выходить далеко за классические размеры частицы, маскируя тем самым истинные ее свойства и определяя коллективный характер взаимодействия как между собой, так и с фононами. Последнее наблюдается на практике.
Экспериментальное подтверждение новых свойств частицы на первом этапе проекта было выполнено специалистами Научно-исследовательского института электронной техники (г. Воронеж). С помощью нанотехнологий на современном оборудовании ими была синтезирована слоевая структура диэлектрик-металл-диэлектрик, в которой создали специальные условия для возникновения мультиэлектронов. В результате получили металл, устойчиво сверхпроводящий в диапазоне температур 77-620 К.

Для изучения и демонстрации свойств полученного сверхпроводника при комнатной температуре (293 К) на основе этих структур были изготовлены образцы с контактами Джозефсона, которые, как известно, являются эталоном для установления эффекта сверхпроводимости в тонких пленках толщиной 1,5 нм. Магнитные измерения образцов подтвердили наличие в них диамагнитной проницаемости, равной 0,06, что характерно для сверхпроводимости при комнатной температуре.
Основным результатом выполнения наукоемкого проекта по созданию КТСП явилось определение необходимых этапов нанотехнологии, предусматривающих компьютерный расчет свойств и выбор исходного материала, создание сверхпроводящих носителей, структуры кристаллической решетки с необходимой электронной концентрацией, синтез слоевой структуры и стабилизацию носителей сверхтока.

Вклад в инновации

ЗАО «Венчурный фонд ВПК» - пионер в развитии и успешном применении венчурных инструментов в наукоемких процессах.

Миссия Фонда заключается в разработке и реализации (коммерциализации) эффективных инвестиционных проектов в научно-технической сфере. Фонд инвестирует венчурные проекты как за счет собственных средств, так и за счет средств привлекаемых сторонних инвесторов.

Выполняя масштабные задачи, в том числе и государственные заказы в различных инновационных производственных и непроизводственных сферах, фонд сформировал мощный коллектив профессионалов, способных разрабатывать и внедрять различные проекты, основанные на передовых технологиях. Сотрудниками разработана уникальная методика оценки и анализа предлагаемых инноваторами проектов, которая доказала свою эффективность на практике. Создана собственная база высокоэффективных и высокодоходных проектов для инвестиций, совершенствуются каналы поиска проектов. В настоящее время фонд занимается реализацией нескольких проектов в разных областях, но речь пойдет об инновационных проектах в сфере нанотехнологий.

Венчурный фонд ВПК – обладатель серебряной медали Уральской венчурной выставки-ярмарки «Инновации 2005» и золотой медали выставки- ярмарки «Инновации – 2006» в номинации «За разработку и реализацию эффективных инвестиционных проектов». Перспективными, с точки зрения практического применения и выхода на рынок инновационных продуктов, Фонд считает совместные разработки с научно-производственной фирмой «ВОсТЭП» в следующих областях:

• Применение коллоидного раствора нанодисперсного металлического серебра в парфюмерной и косметической промышленности, в составе кремов, мазей и других наружных косметических средств в бытовой химии. Раствор соответствует требованиям СанПин 1.2.681-97, не раздражает кожу и слизистые оболочки глаз, не проникает через кожные покровы и не обладает сенсибилизирующим действием. По внешнему виду это прозрачный раствор без мути. Массовая доля серебра Ag в пределах 15-30 мг/см3.
• Проект по производству новейшего новейшего рентгеноконтрастного вещества - наножидкость ортотанталата иттрия (YTaO4) позволит насытить рынок отечественным товаром. В настоящее время более 90% рентгеноконтрастных средств завозятся из-за рубежа либо производятся из импортных субстанций. Продукт ориентирован на использование всеми слоями населения ввиду того, что значительно дешевле импортных аналогов. Применение препарата позволит снизить облучающую нагрузку на пациентов - YTaO4 биологически инертен. Область применения РКС – традиционная рентгенодиагностика, компьютерная томография, магниторезонансная визуализация, стоматология.