Неожиданный признак сверхпроводимости — спаривание электронов внутри электроизоляционного материала при -123 градусах Цельсия — наблюдала команда ученых из Стэнфордского университета. Объяснения этому явлению у физиков пока нет, но если они смогут выяснить причину, это может приблизить долгожданное появление высокотемпературных сверхпроводников.
Состояние сверхпроводимости возникает из колебаний, которые оставляют после себя электроны, двигаясь через материал. При низкой температуре эти колебания сближают атомные ядра, вызывая легки сдвиг в заряде, который привлекает второй электрон к первому. Обычно два отрицательных заряда должны отталкиваться. Но вместо этого происходит нечто странное: электроны образуют куперовскую пару.
Куперовские пары подчиняются другим законам квантовой механики, нежели отдельные электроны. Бесконечное их количество может занимать одно и то же место в пространстве одновременно. Если в материале достаточно много куперовских пар, они становятся сверхтекучими и движутся без потери энергии при нулевом электрическом сопротивлении.
Первые известные науке сверхпроводники обладали нулевым сопротивлением почти при абсолютном нуле (-273 °С). Позже были открыты купраты, материалы на основе меди, которые становили сверхпроводниками при -135 °С. Однако это все еще далеко до высокотемпературной сверхпроводимости.
Команда исследователей из Стэнфорда экспериментировала с одним купратов: оксидом неодима-церия-меди. У него относительная низкая температура сверхпроводимости: -248 °С. Когда ученые направили на поверхность материала ультрафиолетовый свет, они заметили нечто странное. Обычно когда фотоны попадают в купраты, материал теряет энергию. Однако электроны в куперовских парах могут сопротивляться этому.
Физики выяснили, что энергетическая щель сохранялась в материале вплоть до 150 К (-123 °С), и что, как ни странно, самые сильные пары возникали чаще всего в образцах с самым высоким сопротивлением электрическому току.
«Электронные пары говорят нам, что они готовы к сверхпроводимости, но что-то их останавливает, — сказал Сюй Кэцзюнь, один из соавторов статьи, вышедшей в журнале Science. — Если мы сможем найти метод синхронизации этих пар, мы сможем использовать его для создания более высокотемпературных сверхпроводников».
Таким образом, хоть этот купрат едва ли достигнет сверхпроводимости, он может указать новый метод ее достижения, пишет Life Science.
