Эксперты видят перспективы высокотемпературных сверхпроводящих (ВТСП) материалов в слаботочной электронике для создания, в частности, сверхпроводящих трансформаторов магнитного потока и аксиальных градиометров для сверхпроводящих квантовых магнитометров (СКВИДов), а также сверхпроводящих линий передачи информации. Особо интересны явления, в которых наиболее ярко проявляются необычные свойства высокотемпературных сверхпроводников, такие как псевдощелевое состояние, электрон-дырочная асимметрия, анизотропия и знакопеременность сверхпроводящего параметра порядка, структура волновой функции пар, а также эффекты локализации и зарядового упорядочения. В частности ведутся исследования супергидридов металлов, которые демонстрируют наивысшие на сегодня температуры сверхпроводящего перехода. Видятся перспективы ВТСП материалов в энергетике, электронике, приборостроении, вычислительной и телекоммуникационной технике.

Об этом сегодня мы и поговрим.

Перспективы

Прогнозы рынка высокотемпературных сверхпроводников (HTS) в электронике и смежных отраслях показывают значительный рост, обусловленный их уникальными свойствами и растущим спросом на эффективные, высокопроизводительные технологии.

Ключевые драйверы роста ВТСП: 

1. потребность в эффективных системах передачи электроэнергии с минимальными потерями;  

2. интеграция возобновляемых источников энергии в энергосистемы;  

3. развитие медицинских технологий (например, МРТ-систем);  

4. применение в квантовых вычислениях, транспорте, энергетике и других передовых технологиях; 

Основные сегменты рынка

• По типу: 1G HTS (первое поколение) и 2G HTS (второе поколение); 

• По применению: силовые кабели, трансформаторы, ограничители аварийных токов, магниты для МРТ, ускорители частиц, квантовые вычисления и др; 

• По конечным пользователям: энергетические компании, медицинские учреждения, промышленные предприятия, транспортные операторы, исследовательские институты. 

Среди компаний, работающих на рынке HTS, выделяются American Superconductor Corporation, SuperPower Inc., Sumitomo Electric Industries, Bruker Energy & Superconducting Systems, Furukawa Electric Co. Ltd. 

В англоязычной литературе принята аббревиатура HTS. 

Зарубежные патенты

Какие патенты на изобретения по этой теме нас удивят?

Для поиска по нашей теме мы применили запрос High Temperature Super Conductor HTS in Electronics. На июнь 2026 года в базе 20577 патентных документов.

В рамках МПК рейтинг тематик следующий:

• термоэлектрические устройства H10N — 28,4%;

• сокращение выбросов парниковых газов Y02E — 20,4%;

• магниты H01F — 13,4%;

• измерение электрических и магнитных величин G01R — 11,2%;

• технические устройства Y10S — 11,2%;

• электрические машины H02K — 8,5%;

• волноводы; резонаторы, линии или другие устройства типа волноводов H01P — 8%;

• технические устройства Y10T — 7,5%;

• кабели; проводники; изоляторы H01B — 7,4%;

• покрытия C23C — 5,7%.

Динамика мирового патентования представлена на рис. 1.

Видно, что был пик в 2004-2007 годах, затем произошёл заметный спад, последнее десятилетие наблюдается высокое плато в патентовании ВТСП для электроники.

Рейтинг патентовладельцев следующий:

1. American Superconductor Corporation — 2,5%;

2. Университет электронных наук и технологий 电子科技大学 — 1,5%;

3. Massachusetts Institute Of Technology — 1,4%;

4. Siemens AG — 1,2%;

5. Intel Corporation — 1,1%;

6. UT-Battelle, Llc — 0,9%;

7. The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy — 0,8%;

8. The Penn State Research Foundation — 0,7%;

9. The Regents Of The University Of California — 0,7%;

10. Conductus, Inc. — 0,7%;

В нашем рейтинге много вузов и компаний из Америки. Что примечательно, среди патентодержателей есть даже ВМФ США. Очевидно, для чего тамошним адмиралам эти технологии. Но на втором месте НИИ из КНР. Также заметен интерес немецкого концерна Siemens. Весьма необычный рейтинг. В нем нет ни одной организации из Японии и Южной Кореи.  

Примеры патентов:

• EP3791432B1 Reducing losses in superconducting cables. Microsoft Technology Licensing LLC;

• US11631534B2 Superconducting wires for quench detection. Advanced Conductor Technologies LLC;

• WO2025247869A1 High temperature superconductor (HTS)-based connections between magnet coils. Koninklijke Philips NV

Что в России?

В базе ФИПС патентов РФ на изобретения по рефератам на Высокотемпературные сверхпроводники 186 ед., но по электронике 6 ед., среди свежих:

№2641099 (2018) Высокотемпературная сверхпроводящая пленка на кристаллической кварцевой подложке и способ ее получения. МГУ. Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано в технологии высокотемпературных сверхпроводящих (ВТСП) проводов нового поколения (с использованием гибких диэлектрических носителей) с применениями как в сильноточной сверхпроводниковой технике (например, сверхпроводящие линии передач, ограничители тока), так и в слаботочной сверхпроводниковой электронике (например, сверхпроводящие трансформаторы магнитного потока и аксиальные градиометры для сверхпроводящих квантовых магнитометров (СКВИДов), сверхпроводящие линии передачи информации). Представляемая методика позволяет решить технологическую проблему напыления тонкой пленки YBCO на подложку из кристаллического кварца. Заявляемый способ позволяет получать образцы с критической температурой не менее 88 К и плотностью критического тока при 77,4 К не менее 7⋅104 А/см2.

№2757450 (2021) Высокотемпературный сверхпроводящий гидрид и способ его получения. ФНИЦ «Кристаллография и фотоника». Настоящее изобретение относится к технологии изготовления высокотемпературных сверхпроводящих соединений, а именно полигидридов металлов, и может найти применение в слаботочной сверхпроводящей электронике, для изготовления однофотонных детекторов, СКВИД-магнетометров и квантовых кубитов, размещенных на поверхности алмазной наковальни. Уменьшение стехиометрического соотношения между металлом и водородом в сверхпроводнике является техническим результатом изобретения.

№2808853 (2023) Получение наноструктурированных материалов на основе BaZrO3. Дагестанский государственный университет. Изобретение может быть использовано в электронике, медицине и катализе при изготовлении твёрдых электролитов, пьезоэлектрических приводов, высокотемпературных датчиков водорода, люминесцентных материалов, мембран топливных элементов, а также подложек-основ для получения монокристаллов высокотемпературных сверхпроводников . 

Патентов РФ на полезные модели по теме нет. Баз данных, топологий интегральных схем и программ для ЭВМ по нашей теме нет. Увы.

НИОКР

По теме Высокотемпературные сверхпроводники в базе ГИС «Наука» 2682 документа. Но по нашей тематике – Высокотемпературные сверхпроводники в электронике – на начало июня значилась информация о 58 НИР:

Так, в 2014-2016 гг. Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН провёл исследование «Когерентные ТГц генераторы на основе джозефсоновских переходов Bi2Sr2CaCu2O8». Работу финансировал Российский фонд фундаментальных исследований. Фундаментальной научной проблемой, на решение которой был направлен проект, является разработка новых типов генераторов и детекторов терагерцового диапазона с использованием сверхпроводниковых наноструктур и разработка на их основе практических устройств с уникальным набором параметров. 

В 2019-2023 гг. сотрудниками Физического института им. П.Н. Лебедева за 241 млн руб. федерального бюджета выполнена работа «Физика высокотемпературных сверхпроводников и новых квантовых материалов». Цель связана с использованием ВТСП материалов в энергетике, электронике, приборостроении, вычислительной и телекоммуникационной технике. 

В области изучения физики высокотемпературных сверхпроводников новый масштабный проект Физического института им. П.Н. Лебедева за 391 млн руб. федерального бюджета ориентирован на проведение теоретических и экспериментальных исследований с целью выяснения природы основного состояния и механизма сверхпроводимости в высокотемпературных сверхпроводниках, целенаправленном конструировании и создании новых ВТСП материалов, на основе полученных знаний. Важнейшая часть комплекса работ 2024-2028 гг. связана с разработкой технологии синтеза и получением новых ВТСП материалов (трехмерных, тонкопленочных, гибридных), пригодных как для проведения исследований, так и для использования в прикладных разработках. 

Заключение

Мировые проекты в области ВТСП многочисленны. За последние 10 лет открыто множество сверхпроводящих веществ, в частности гидридов с критическими температурами Tc до +15^оC, что на сегодня является рекордом. В большинстве своём свойства супергидридов хорошо описываются в рамках теории сильного электрон-фононного взаимодействия Мигдала-Элиашберга, особенно если учесть ангармонизм фононов. Интересны расхождения теории и эксперимента, в частности, в областях стабильности фаз и в поведении верхних критических магнитных полей при низких температурах. 

У нас исследованиями ВТСП занимаются научные структуры, в первую очередь Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Федеральный научно-исследовательский центр "Кристаллография и фотоника" РАН, Институт кристаллографии им. А.В.Шубникова РАН, Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, Сколковский институт науки и технологий, МГУ, Высшая школа экономики. Практикой занимается несколько предприятий, например ООО «СуперОкс» (Москва).

Значительные объёмы НИОКТР пока слабо реализуются в открытых патентах РФ на изобретения и полезные модели. 

За рубежом в лидерах США, КНР и ФРГ.