Vào năm 1986, việc phát hiện ra hiện tượng siêu dẫn trong các vật liệu gốm dựa trên đồng — các cuprat — đã đảo lộn quan niệm của giới vật lý. Nhiệt độ chuyển sang trạng thái siêu dẫn đột nhiên tăng lên cao gấp nhiều lần so với giới hạn trước đó, và lý thuyết BCS quen thuộc, vốn giải thích hiện tượng này bằng dao động của mạng tinh thể, không còn đúng nữa.
Một nhóm quốc tế do giáo sư Nigel Hussey thuộc Đại học Radboud và HFML-FELIX, phối hợp với các đồng nghiệp từ Trung Quốc, Anh và Hoa Kỳ, cuối cùng đã tìm ra cơ chế then chốt. Các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng trong các cuprat pha tạp electron, chẳng hạn như lanthanum-cerium-copper-oxit, các electron tạo thành cặp chính là nhờ tương tác với các thăng giáng spin — những dao động nhanh của các mômen từ tính nhỏ bé của các nguyên tử.
Để chứng minh điều này, các nhà khoa học đã tạo ra một màng mỏng đặc biệt có gradient nhiệt độ tới hạn biến đổi dần dọc theo chiều dài. Các tiếp xúc quang khắc cho phép đo điện trở ở các giá trị nhiệt độ chuyển khác nhau trong khi vẫn giữ nguyên mức độ mất trật tự. Việc phân tích dữ liệu trong từ trường mạnh đã cho thấy: nguồn gốc chính của điện trở là sự tán xạ của các electron trên các spin thăng giáng, và cường độ của tương tác này tương quan trực tiếp với nhiệt độ siêu dẫn.
Phép so sánh thật đơn giản: hãy hình dung dòng electron như một đám đông người trong tàu điện ngầm. Các thăng giáng spin là những cú «huých» bất ngờ từ những người xung quanh, vốn cản trở chuyển động trong một kim loại thông thường, nhưng trong các cuprat lại giúp các electron «bắt cặp» với nhau và chuyển động không tổn thất. Chính mối liên hệ này, chứ không phải dao động của các ion, mới là yếu tố quyết định.
Tuy nhiên, công trình cũng đã chỉ ra một «thành phần» thứ hai, hiện vẫn chưa được biết đến. Ngay cả khi tăng cường tương tác với các spin, người ta cũng không thể đạt được những nhiệt độ kỷ lục quan sát thấy ở các họ cuprat khác. Việc tìm kiếm yếu tố còn thiếu giờ đây trở thành nhiệm vụ chính của các nhà lý thuyết.
Các kết quả đã được công bố trên Nature Physics và đưa chúng ta đến gần hơn thời điểm mà các chất siêu dẫn nhiệt độ cao có thể hoạt động ở những nhiệt độ có thể đạt được mà không cần làm lạnh tốn kém. Điều này sẽ mở ra con đường dẫn tới các đường dây truyền tải điện siêu hiệu quả, các nam châm mạnh phục vụ y học và các công nghệ lượng tử của tương lai.
