Китайские физики из Пекинского университета обнаружили новую фазу в сверхпроводниках, которая точно совпадает с границей, где материал внезапно начинает проводить ток без сопротивления на «левом фланге» температурно-давленческой диаграммы.
Исследователи Юй-Чэн Чжу, Цзя-Си Цзэн и Синь-Чжэн Ли показали, что эта фаза — решёточный квантовый беспорядок — возникает из-за квантовых флуктуаций ядер атомов. В отличие от привычных моделей, где главную роль отводят электронам, здесь ключевым оказывается поведение самой кристаллической решётки.
Учёные применили метод интегралов по траекториям в молекулярной динамике, чтобы учесть квантовую природу ядер. Расчёты выявили треугольную область на фазовой диаграмме давление—температура, где решётка сохраняет беспорядок за счёт квантовых эффектов. Левая граница этой области совпадает с температурой начала сверхпроводимости.
Особенно ярко эффект проявляется в никельсодержащих материалах. При замене водорода на дейтерий граница квантовой фазы сдвигается, а максимальная температура сверхпроводимости падает с 220 до 160 кельвинов. Это подтверждает прямую связь между ядерными флуктуациями и механизмом спаривания электронов.
Открытие меняет представление о высокотемпературной сверхпроводимости: теперь её нужно рассматривать как совместное квантовое состояние электронов и решётки. Ранее структурные диаграммы строили без учёта многих тел ядер, что приводило к неточным предсказаниям.
Новая фаза даёт ориентир для поиска материалов с более высокими температурами сверхпроводимости и объясняет, почему на «левом фланге» купола сверхпроводимость резко обрывается.
