Команда ученых из Академии наук Китая при помощи квантового симулятора впервые визуализировала феномен, вскрывающий механизмы, лежащие в основе высокотемпературных сверхпроводников. Результаты исследования ставят точку в продолжавшихся 20 лет спорах и может привести к прорыву в области физики сверхпроводимости. Они дают ответ на вопрос, почему некоторые материалы теряют электрическое сопротивление при высоких температурах.
Специалисты Научно-технического университета Китая наблюдали и анализировали феномен «псевдощели» в модели газа — энергетической щели, которую имеют некоторые материалы со свойствами сверхжидкости или сверхпроводника. До сих пор этот феномен ученые визуализировать не могли, пишет SCMP. Псевдощель может помочь объяснить, почему некоторые материалы теряют электрическое сопротивление при высоких температурах. Ясность в этом вопросе позволит прийти к практическому использованию сверхпроводимости.
Успех ученых стал возможен после разработки системы квантовой симуляции на основе высококачественного ферми-газа, а также системы измерения с беспрецедентной, по словам исследователей, стабильностью. Газ из лития-диспрозия — модель со свойствами сверхжидкости — впервые подтвердила существование псевдощели в парах.
Эта экспериментальная платформа открывает путь к дальнейшим экспериментам с квантовой симуляцией и пониманию механизмов высокотемпературных сверхпроводников. Ферми-газ, состоящий из множества невзаимодействующих фермионов, можно использовать для моделирования систем многих тел, содержащих большое количество взаимодействующих частиц.
Ультрахолодные ферми-газы при крайне низких температурах могут проявлять сверхпроводимость, как сверхпроводящие материалы. Когда такие вещества охлаждают, электроны образуют пары. Разделение этих пар приводит к потере сверхпроводимости. Существование двух состояний энергии, при которых материалы либо имеют сверхпроводимость, либо нет, означает, что имеется так называемая энергетическая щель между основным и возбужденным состоянием электронов.
В традиционных сверхпроводниках энергетическая щель существует ниже температуры фазового перехода к сверхпроводимости. Однако в высокотемпературных сверхпроводниках энергетическая щель может быть выше, и ее называют псевдощелью. Принятая теория сверхпроводимости не объясняет ее существования. Исследовавшие ультрахолодные газы физики на протяжении 20 лет стремились понаблюдать за поведением псевдощели. Наконец, им это удалось.
