Чудеса проводимости
Технология, разработанная компанией «С-Инновации» (резидент «Сколково»),— удачный пример претворения в жизнь достижений фундаментальной науки. Созданный в 2011 году российский стартап сегодня обеспечивает более 20% мирового производства ВТСП-проводов.
Когда открыли высокотемпературную сверхпроводимость, государство, тогда еще СССР, выделило крупные средства на исследования,— рассказывает Андрей Вавилов, инвестор, председатель совета директоров ЗАО "СуперОкс", материнской компании "С-Инноваций".— Они проводились на химфаке и физфаке МГУ в партнерстве с Курчатовским институтом. Будущий костяк специалистов нашей компании тоже активно участвовал в тех исследованиях».
Применить результаты этой работы на практике удалось только в 2000-х. Впервые сверхпроводящий провод начала выпускать в 2006 году компания из США American Superconductor, и Андрей Вавилов, который всегда чувствовал тренд, решил создать собственный проект в этой области с выходом на международные рынки. Он собрал команду ученых — выпускников МГУ, МИФИ, Физтеха, МАИ, которым была хорошо знакома эта тема. Многие из них тогда работали за границей, но вернулись ради решения столь амбициозных задач. Так появилась компания «С-Инновации», которая занялась разработкой технологии производства высокотемпературных сверхпроводниковых проводов.
Керамика на проводе
«Низкотемпературные сверхпроводники, которые применялись до конца 1980-х годов, представляли собой сплав металлов, чаще всего на основе ниобия,— рассказывает Андрей Вавилов. — Высокотемпературные — это сложные оксиды редкоземельных металлов, бария и меди. Их структура — производная от структуры перовскита. Самый популярный состав высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) в качестве редкоземельного металла содержит иттрий. Но оксиды — материал очень хрупкий. Как сделать из них провод?»
С низкотемпературными сверхпроводниками подобных проблем не возникало: их прокатывали через станы как самые обычные медные или алюминиевые провода. Но с ВТСП-керамикой так не поступишь: она просто сломается. Пришлось использовать нанотехнологии — нанесение одного за другим тончайших слоев различных веществ. «Слои должны быть тонкими, чтобы провод мог изгибаться,— объясняет Сергей Самойленков, гендиректор компании "СуперОкс".— Основа нашего провода — сверхпроводящая керамика — нанесена таким тонким слоем, что гнется, хотя в принципе керамика гнуться не должна. Тут можно провести аналогию с оптоволокном, которое сделано из стекла. Стекло тоже хрупкий, негнущийся материал, но, если сделать его достаточно тонким, оно становится гибким. Наша задача была в том, чтобы при столь малой толщине (сверхпроводящий слой здесь занимает всего 1% сечения) наш провод передавал очень большой ток, и мы нашли такие технологические решения».
Сверхпроводники по технологии производства можно сравнить также с полупроводниковой техникой. Как получают процессоры? На кремниевую подложку осаждают различные химические слои, и они растут как монокристаллы. В случае с ВТСП-проводом оксидные слои осаждаются не на кремний, а на металлическую подложку. Все процессы осуществляются в вакууме, при высокой температуре, с точным контролем множества параметров. «Мы берем подложку из прочного сплава на основе никеля, имеющего высокую стойкость к коррозии, и с помощью физических и химических методов осаждения последовательно в разных камерах наносим около десяти слоев. Толщина некоторых из этих слоев всего-навсего 5 нанометров — это 20 атомов, поставленных друг на друга. Это настоящие нанотехнологии»,— подчеркивает Сергей Самойленков.