Физика

Электронные пары могут пережить попытку «убить» сверхпроводимость

Brookhaven National Laboratory

Ученые обнаружили, что в купратах — материалах, состоящих из атомов меди, кислорода и других металлов, — возможно возникновение необычного металлического состояния при попытке отключения сверхпроводимости. Статья ученых опубликована в журнале Science Advances.

Ученые исследовали оксид лантана — бария — меди (LBCO), который демонстрирует необычную форму сверхпроводимости при температуре 40 Кельвинов (-233 градуса Цельсия). Это соединение было первым открытым высокотемпературным сверхпроводником. За его открытие Иоганн Георг Беднорц и Карл Александр Мюллер получили Нобелевскую премию по физике 1987 года.

Этот материал состоит из слоев оксида меди, разделенных слоями из атомов лантана и бария. Барий вносит меньше электронов, чем лантан, в слои оксида меди, поэтому при определенном соотношении возникает дисбаланс в количестве электронов в веществе и в плоскостях купрата возникают вакансии электронов, известные как «дырки». Дырки могут действовать как носители заряда и образовывать пары, как электроны, а при температуре ниже 30 K ток может перемещаться по материалу без сопротивления в трех измерениях — как внутри, так и между слоями.

Странной характеристикой этого материала является то, что в слоях оксида меди при определенной концентрации бария отверстия разделяются на «полосы», которые чередуются с областями магнитного выравнивания. После этого открытия в 1995 году было много споров о том, какую роль эти полосы играют в индуцировании или ингибировании сверхпроводимости.

В 2007 году Джон Транквада, физик из Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США, и его команда обнаружили самую необычную форму сверхпроводимости в этом материале при более высокой температуре в 40 K. Если они изменяли количество бария так, чтобы оно было ниже того количества, которое допускало трехмерную сверхпроводимость, они наблюдали двухмерную сверхпроводимость, то есть только внутри слоев оксида меди, но не между ними. В новом эксперименте ученые углубились в исследование истоков необычной сверхпроводимости в одной из модификаций LBCO, пытаясь ее уничтожить. Их метод разрушения подвергал материал воздействию мощных магнитных полей.

«По мере того как увеличивается внешнее поле, ток в сверхпроводнике становится все больше и больше, чтобы попытаться нейтрализовать магнитное поле, — объяснил Джон Транквада. — Но есть предел току, который может течь без сопротивления. Нахождение этого предела должно что-то сказать нам о том, насколько силен сверхпроводник».

Ученые предполагали, что после воздействия сильных магнитных полей материал станет изолятором. Но сверхпроводимость оказалась гораздо более прочной. Поддерживая постоянную температуру, ученым пришлось значительно увеличить внешнее магнитное поле, чтобы 3D-сверхпроводимость исчезла. Еще более удивительно, что при дальнейшем увеличении напряженности поля сопротивление в плоскостях оксида меди снова упало до нуля. Исследователи наблюдали ту же 2D-сверхпроводимость, что и ранее при температуре в 40 К.

По словам Транквады, дополнительные измерения, проведенные под действием самого высокого магнитного поля, показали, что носители заряда в материале, хотя и больше не сверхпроводящие, все еще могут существовать в виде пар, способных переносить ток.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.