Пробив в квантовата физика: Физиците се доближиха до разбирането на високотемпературните свръхпроводници

Китайски физици направиха важен пробив в разбирането на високотемпературната свръхпроводимост на никелатите – нов клас свръхпроводници, които могат да съперничат на класическите купрати. С помощта на фотоемисионна спектроскопия с отчитане на ъгъла екипът изясни факти, позволяващи да се разбере по-добре симетрията на свръхпроводящата междина и механизма на свръхпроводящото сдвояване.

Високотемпературната свръхпроводимост е открита през 1911 г., но механизмът, който позволява на електроните да се движат без съпротивление при температури много над абсолютната нула, остава загадка. Дълго време основните материали за високотемпературни свръхпроводници бяха купратите и желязото. Съединенията на основата на никел – никелати – са нова група, която дава надежда за по-прости и по-евтини високотемпературни свръхпроводници. Но досега ключовите параметри на никелатите – симетрията на свръхпроводящата празнина и механизмът на сдвояване – бяха неизвестни.

В един свръхпроводник енергийната междина е „забранена зона“, която не позволява на електроните да се разсейват. Най-важната характеристика е наличието на „възли“ в тази празнина – в пространството на импулсите. Ако в междината има възли (точки, в които междината е равна на нула), това обикновено показва d-вълнова симетрия (както при купратите). Ако няма възли, това показва s-вълнова симетрия (както в обикновените нискотемпературни свръхпроводници). Екип от учени от Университета за наука и технологии на Китай и други университети изследва тънките двуслойни филми на никелатите на Радлесден-Попър и не откри възли в импулсното пространство.

Вторият важен въпрос, на който учените намериха отговор, е: как електроните се обединяват в Куперови двойки? На теория това става чрез фонони или вибрации на решетката. При високи температури се предполага, че действат и други бозони (например магнитни флуктуации).

При експеримента изследователите наблюдават „дисперсивно прегъване“ с енергия около 70 meV под нивото на Ферми. Това е първото пряко доказателство за наличието на двойки електрон-бозон в никелатите, пише Scitech Daily.

Природата на високотемпературната свръхпроводимост все още остава неразгадана. Изследването на китайските физици стеснява кръга от възможни теории и прави важна стъпка към създаването на модел, който би могъл да обедини всички семейства високотемпературни свръхпроводници. Освен това никелатите са технологично по-прости (не съдържат токсично олово и са по-малко капризни при синтеза), което ги прави обещаващи за приложения – например за свръхпроводящи магнити от следващо поколение.