Сорок років таємниці: спінові флуктуації пояснили високотемпературну надпровідність купратів

Відредаговано: Svitlana Velhush

У 1986 році відкриття надпровідності в керамічних матеріалах на основі міді — купратах — перевернуло уявлення фізиків. Температура переходу в надпровідний стан раптом піднялася в кілька разів вище за попередню межу, і звична теорія БКШ, яка пояснювала явище коливаннями ґратки, перестала працювати.

Міжнародна команда під керівництвом професора Найджела Хассі з Радбоудського університету та HFML-FELIX спільно з колегами з Китаю, Великої Британії та США нарешті знайшла ключовий механізм. Дослідники показали, що в електронно-легованих купратах, таких як лантан-церій-мідь-оксид, електрони утворюють пари саме завдяки взаємодії зі спіновими флуктуаціями — швидкими коливаннями крихітних магнітних моментів атомів.

Щоб довести це, вчені створили особливу тонку плівку з плавним градієнтом критичної температури вздовж довжини. Літографічні контакти дозволили виміряти опір за різних значень температури переходу, зберігаючи однаковий рівень безладу. Аналіз даних у сильних магнітних полях виявив: головним джерелом опору є розсіювання електронів на флуктуючих спінах, а сила цієї взаємодії безпосередньо корелює з температурою надпровідності.

Аналогія проста: уявіть потік електронів як натовп людей у метро. Спінові флуктуації — це раптові «поштовхи» від сусідів, які у звичайному металі заважають руху, але в купратах допомагають електронам «зчепитися» в пари й рухатися без втрат. Саме цей зв'язок, а не коливання іонів, виявився вирішальним.

Однак робота показала й другий, поки невідомий «інгредієнт». Навіть посилюючи взаємодію зі спінами, неможливо досягти рекордних температур, які спостерігаються в інших родинах купратів. Пошук відсутнього фактора тепер стає головним завданням теоретиків.

Результати опубліковано в Nature Physics, і вони наближають момент, коли високотемпературні надпровідники зможуть працювати за температур, доступних без дорогого охолодження. Це відкриє шлях до надeфективних ліній електропередач, потужних магнітів для медицини та квантових технологій майбутнього.

20 Перегляди

Джерела

  • Unravelling the mystery of high-temperature superconductivity

Коментарі

Читайте більше статей на цю тему:

A 40-year assumption about high-temperature superconductors has just been overturned. New 3D X-ray diffraction reveals that cuprates are not structurally uniform, but a patchwork of different crystal structures. A fascinating shift in how we understand superconductivity.

Image
Reply
Знайшли помилку чи неточність?Ми розглянемо ваші коментарі якомога швидше.