Учёные разгадали одну из загадок сверхпроводимости

Открытию сверхпроводимости 8 апреля этого года исполнилось 113 лет. Почтенный возраст, но загадка явления так и не отгадана. Первая внятная теория сверхпроводимости была создана только в 1957 году, но через 50 лет снова пошли сюрпризы. Так, в 2009 году обнаруженная к тому времени высокотемпературная сверхпроводимость (ВТСП) подкинула новую задачу — в сверхпроводниках выше критической температуры обнаружился необъяснимый теорией энергетический зазор.

Учёные разгадали одну из загадок сверхпроводимости

Полное понимание физики сверхпроводимости и ВТСП в частности позволит искать нужные материалы буквально с открытыми глазами, тогда как сейчас (и все предыдущие 113 лет) учёные движутся в основном наугад. Созданная полвека назад учёными Джоном Бардиным, Леоном Купером и Робертом Шриффером «теория БКШ» объясняет сверхпроводимость когерентным поведением пар электронов — так называемых куперовских пар. Это явление квантового порядка, что делает анализ и моделирование сверхпроводимости архисложной и едва ли выполнимой задачей. По крайней мере, так было до появления новой работы.

Группа учёных из Парижского политехнического института смогла разработать подход, который позволил бы моделировать поведение электронов и куперовских пар в ВТСП-материалах. По их словам, это прорыв, который трудно переоценить. Анализ вскрыл как минимум одну тайну, присущую ВТСП — как возникает в купратах (оксидах меди, обнаруживших сверхпроводимость в 1986 году) псевдощель. Это интересная и загадочная вещь, которой до сих пор не было внятного объяснения (были только две гипотезы).

В классических сверхпроводниках энергетическая щель, в которой из электронов образуются квантово запутанные куперовские пары, возникает при температуре ниже критической (когда сверхпроводимость становится возможной). Для случаев ВТСП энергетическая щель может возникать при температуре выше критической. Это означает, что сверхпроводимость может проявляться при высоких температурах, включая комнатные. Надо ли объяснять, что понимание физики явления сулит чудесные открытия? Но с точки зрения теории БКШ эта щель необъяснима, за что она стала называться псевдощелью. Учёные из Франции и Швейцарии теперь готовы объяснить, как и почему она возникает.

Читать также:
Tesla передумала выпускать бюджетный электромобиль и переключится на роботакси

Для моделирования поведения электронов в ВТСП учёные воспользовались упрощённой моделью Хаббарда, к которой они применили статистический метод Монте-Карло. Модель Хаббарда представила электроны как пешки на шахматной доске, которые могут переходить с одной клетки на другую и выравниваются на ней (в материале) в зависимости от направления спина и даже могут располагаться на одной клетке в случае противоположно направленных спинов. Метод Монте-Карло позволил провести анализ всей «доски» единовременно, что приближает моделирование к естественному процессу.

Переход к режиму псевдощели моделирование представило как перестройку электронов на «шахматной доске» от полосовой упорядоченной структуры к пустотам, расположенным как бы в шахматном порядке. Как только исчезала черезполосица, материал приобретал свойства псевдощели.

«Наше открытие поможет учёным в их поисках сверхпроводимости при комнатной температуре, Святого Грааля физики конденсированных сред, который позволил бы передавать энергию без потерь, более быстрые аппараты МРТ и сверхбыстрые левитирующие поезда», — отмечают авторы исследования.

НОВОЕ НА САЙТЕ

В Китае создали «вечную» фотоэлектрическую ядерную батарейку, которая в 8000 раз эффективнее аналогов

То или иное использование энергии ядерного распада для длительного получения электрической энергии — не новость. Новостью станет эффективное преобразование радиации в электричество, что особенно важно в свете ураганного распространения подключённых к интернету микродатчиков. На...

Немецкие правоохранительные органы взломали Tor

Tor является одним из важнейших интернет-сервисов, обеспечивающим анонимность пользователей. Он бесплатен и может использоваться любым желающим, кто стремится скрыть, например, публичный IP-адрес своего компьютера. Проектом, предназначенным для благих целей, злоупотребляют и преступники, которые стремятся...

Мегаэкстремальные магнитные бури в истории Земли — не редкость, заявили учёные

Первая задокументированная экстремальная солнечная магнитная буря в 1859 году была настолько сильной, что вывела из строя телеграфную связь в Северной Америке и Европе, вызвав местами даже пожары. Но в истории Земли такие катаклизмы были...

Qualcomm хочет сначала «дружественно» поглотить Intel, а потом распродать её по частям

Потенциальная «сделка века», по сценарию которой Qualcomm купит Intel целиком, является слишком важным информационным поводом, чтобы не возвращаться к нему несколько раз. Агентство Bloomberg по своим каналам добыло новые подробности вероятной сделки, подчеркнув, что...

Промышленные откатные ворота: проектирование и современные технологии

Проект промышленных откатных ворот: важные этапы и особенности Промышленные откатные ворота — это ключевой элемент защиты и контроля доступа на крупных производственных или складских объектах. Они обеспечивают удобство эксплуатации в условиях интенсивного потока транспорта, а...