Учёные открыли новый путь к сверхпроводимости при высоких температурах

Учёные нашли способ синхронизации электронных пар, что может привести к созданию сверхпроводников с более высокой температурой

Ученые из Национальной ускорительной лаборатории SLAC, Стэнфордского университета и других институтов сделали важное открытие в области сверхпроводников. Исследователи обнаружили, что необходимая характеристика сверхпроводника — спаривание электронов — возникает при гораздо более высоких температурах, чем считалось ранее, и в материале, где этого меньше всего можно ожидать — антиферромагнитном изоляторе.

Сверхпроводники — особые материалы, позволяющие электричеству проходить через них без потери энергии. Они имеют огромный потенциал для применения в различных областях, от компьютеров и сотовых телефонов до электросетей и транспорта. Однако сверхпроводники обычно работают только при экстремально низких температурах, что ограничивает их практическое применение.

В новом исследовании учёные наблюдали за электронами на промежуточной стадии. Это открытие предполагает, что можно найти способы спроектировать подобные материалы в сверхпроводники, которые работают при более высоких температурах.

«Электронные пары словно готовы стать сверхпроводящими, но что-то их останавливает. Если мы сможем найти новый метод синхронизации пар, то мы могли бы применить его для возможного создания сверхпроводников с более высокой температурой», — сказал Ке-Джун Сюй, аспирант Стэнфорда по прикладной физике и соавтор статьи.

Учёные выбрали семейство купратов, которое не было изучено глубоко, поскольку его максимальная температура сверхпроводимости была относительно низкой — 25 Кельвинов — по сравнению с другими купратами. Однако исследователи обнаружили, что спаривание электронов в этом материале сохраняется до 150 Кельвинов, что предполагает, что электроны спариваются при гораздо более высоких температурах, чем состояние нулевого сопротивления при температуре около 25 Кельвинов.

Купраты — это класс химических соединений, содержащих ионы меди (Cu) в степени окисления +2 или +3. Обычно купраты представляют собой оксиды меди, соединенные с другими элементами, такими как кислород, алюминий, кальций и т.д. В контексте сверхпроводимости купраты представляют собой особый класс материалов, которые могут демонстрировать сверхпроводящие свойства при определённых условиях. Купраты сверхпроводников обычно содержат слои ионов меди, расположенные между слоями других элементов, и могут иметь различные кристаллические структуры. Они были открыты в 1986 году и быстро привлекли внимание исследователей из-за их потенциальных возможностей для создания сверхпроводников с высокими температурами. 

«Наши результаты открывают новый путь. Мы планируем изучить этот разрыв в парном взаимодействии в будущем, чтобы помочь в разработке сверхпроводников с использованием новых методов», — сказал Чжи-Сюнь Шень, профессор Стэнфорда и исследователь из Стэнфордского института материаловедения и энергетических наук (SIMES), который руководил исследованием.

Открытие может иметь огромное значение для развития сверхпроводников, работающих при высоких температурах, что может революционизировать многие области науки и техники.