За десятилетия исследований ученые открыли около 7000 сверхпроводников, но почти все — случайно. Теоретический расчет сверхпроводящих свойств материала требует колоссальных вычислительных ресурсов: квантово-механические уравнения настолько сложны, что за всю историю ученые смогли проверить только около 20 соединений. При этом большинство даже перспективных комбинаций оказываются непригодными на практике — их невозможно синтезировать в лаборатории или масштабировать для промышленности. Консорциум SuperC поставил цель: к 2033 году найти высокотемпературный сверхпроводник. Но для этого нужен был принципиально новый метод поиска, пишет Phys.

Команда исследователей разработала двухступенчатый подход. Сначала алгоритмы машинного обучения просеивают практически бесконечное количество возможных комбинаций элементов, используя известные физические закономерности для быстрой «грубой оценки». Затем в дело вступает уникальный алгоритм, который проводит углубленные квантовые расчеты для отобранных кандидатов — но уже не для миллионов, а для нескольких десятков вариантов. Это сокращает вычислительные затраты на порядки.

«Благодаря машинному обучению мы, возможно, увеличим число анализируемых материалов до миллиардов, — сказала Пяйви Торма из Университета Аальто (Финляндия), руководитель проекта. — Это станет важнейшим шагом на пути к созданию сверхпроводника, работающего при комнатной температуре».

Модель указала на два соединения: YRu₃B₂ и LuRu₃B₂. Их кристаллическая решетка содержит так называемый узор кагоме, напоминающий традиционные японские корзины из переплетенных бамбуковых прутьев. В такой геометрии электроны формируют зоны, в которых их скорость резко падает, а взаимодействие усиливается — это один из благоприятных механизмов для возникновения сверхпроводимости. После того как расчеты подтвердили теоретическую возможность, коллеги из Университета Райса (США) синтезировали образцы и экспериментально подтвердили, что они действительно становятся сверхпроводящими при низких температурах.

Физики из Германии и США приблизились к получению высокотемпературных сверхпроводников. Они выявили скрытую связь между магнетизмом и так называемой псевдощелью, необычным состоянием вещества, которое возникает в некоторых квантовых материалах при температурах чуть выше перехода в сверхпроводящее состояние.