Недавно была обнаружена важная особенность сверхпроводимости при гораздо более высоких температурах, чем ученые считали возможным 

Физики обнаружили, что электроны объединяются в пары так, как это происходит в сверхпроводящих материалах, в неожиданном материале, при температурах выше невероятно низких, при которых подобные материалы допускают возникновение сверхпроводимости.

Сверхпроводимость описывает способ перемещения электронов через материал без какого-либо сопротивления и последующей потери энергии. Мы наблюдали это явление во многих различных материалах, но есть одна загвоздка. Кажется, мы можем заставить его происходить только при чрезвычайно низких температурах, близких к абсолютному нулю (-273,15 градуса Цельсия), или при чуть менее низких температурах с большим давлением.

Хотя электроны в недавно испытанных материалах не достигли потока без сопротивления, их спаривание является критически важным шагом, необходимым для его возникновения, что потенциально приводит к сверхпроводимости, для которой не потребуется громоздкое оборудование.

«Электронные пары говорят нам, что они готовы стать сверхпроводящими, но что-то их останавливает, - говорит физик Кэ-Джун Сюй из Стэнфордского университета. - Если мы сможем найти новый метод синхронизации пар, мы могли бы применить его для возможного создания сверхпроводников с более высокой температурой».

Материал представляет собой слоистый кристалл на основе меди, или купрат, называемый оксидом неодима-церия-меди (Nd 2−x Ce x CuO 4 ). При низких температурах кристалл проявляет сверхпроводимость, однако при более высоких температурах он становится значительно более устойчивым.

Теперь чтобы сверхпроводимость заработала, электроны должны запутать свою квантовую идентичность, превратив их в то, что известно как куперовская пара. Только тогда они смогут плавно пробираться сквозь атомный лес без каких-либо усилий.

Обычные сверхпроводники, которые демонстрируют сверхпроводимость при температурах ниже 25 градусов Кельвина (-248 градусов по Цельсию), запутывают свои электроны посредством колебаний в базовом материале.

Купраты — необычные сверхпроводники, демонстрирующие сверхпроводимость при температурах до 130 градусов Кельвина. Ученые полагают, что существует другой механизм, отвечающий за спаривание электронов в этих материалах, однако точный процесс все еще остается неясным.

Оксид неодима, церия и меди, который изучали Сюй и его команда, похож на обычный сверхпроводник, поскольку он не демонстрирует явление выше 25 градусов Кельвина, что позволяет им изучать стадии сверхпроводимости. Поскольку электроны запутываются, они менее устойчивы к выбрасыванию из материала при повышении температуры; то есть материал теряет энергию с меньшей скоростью. Это известно как разрыв спаривания.

Команда наблюдала, как их материал сохраняет больше энергии при температурах до 140 градусов Кельвина (-133 градуса Цельсия) — намного выше температуры перехода в состояние сверхпроводимости 25 градусов Кельвина. Это говорит о том, что электроны образуют куперовские пары при довольно высоких температурах, если говорить относительно.

Пока не ясно, что именно вызывает спаривание. И конкретный материал может оказаться не тем, который приведет нас к сверхпроводимости при комнатной температуре. Но это может стать средством поиска обоих ответов и материала в будущем.

Сверхпроводимость при температуре окружающей среды — это своего рода большое дело. Представьте себе 100-процентную энергоэффективность — мы могли бы уменьшить размер схемы, необходимой для транспортировки электронов, упаковав больше энергии в меньшее пространство для более быстрой и дешевой технологии.

Но взломать код было очень сложно. У нас было несколько заявленных прорывов, таких как широко разрекламированный LK-99 , но все они ни к чему не привели.

Прогресс, скорее всего, будет более постепенным — например, наблюдение некоторых особенностей сверхпроводимости в высокотемпературных материалах, выяснение причин ее возникновения, продвижение вперед шаг за шагом. 

Источник: Science