Высокотемпературные сверхпроводники могут вести себя весьма необычно. Например, парить над магнитом. Теперь ученые обнаружили в материалах еще и волны парной плотности.
Открыта новая фаза вещества — волна парной плотности
Джулиан Лицель / Wikimedia Commons

Первое прямое доказательство наличия фазы вещества, известной как волна парной плотности, помогает понять физику загадочных высокотемпературных сверхпроводников — они проводят электричество без сопротивления при удивительно высоких температурах. Волна была обнаружена с помощью сканирующего туннельного электронного микроскопа.

Физики подозревали, что в высокотемпературных сверхпроводниках существуют волны парной плотности, а более ранние эксперименты намекали на их существование. Но без прямых доказательств ученые не могли продвинуться. «Доказательство того, что эта фаза не просто может существовать, но действительно существует, очень важно», — говорит физик-теоретик Юн-Ким из Корнельского университета, который не принимал участия в исследовании.

Высокотемпературные сверхпроводники поразили физиков в 1980-х годах. Они содержат медь и проводят электричество без сопротивления при температурах, намного превышающих рабочие температуры других сверхпроводников — около 100 кельвинов (-173 градусов по Цельсию) или выше.

Хотя это очень низкие температуры, например, для Земли, но таких температур намного проще достичь, чем почти абсолютных нулевых температур, требуемых для многих сверхпроводников. Открытие этих материалов заставило ученых поверить, что вскоре может быть найден сверхпроводник, работающий при комнатной температуре. Это приведет к появлению новых технологий: энергоэффективных электрических сетей, поездам на магнитной подушке и мощным суперкомпьютерам.

Но сверхпроводник комнатной температуры так и не появился. Более того, ученые до сих пор не до конца понимают физику, которая делает материалы сверхпроводниками. Теперь ученые стали ближе к этому на один шаг.

Физики предсказали, что в высокотемпературных сверхпроводниках промежуток между энергиями электронов будет периодически изменяться по всей поверхности материала при помощи необычной волны.

Ученые обнаружили волну, исследуя поверхность сверхпроводящего соединения (оксида меди на основе висмута) с помощью сканирующего туннельного микроскопа. Он имеет чрезвычайно тонкий наконечник, который обнаруживает электроны, которые проходят через пространство между сверхпроводником и наконечником Этот квантовый процесс называется туннелированием. Исследователи прикрепили к наконечнику микроскопа крошечный кусок сверхпроводника, чтобы обнаружить туннелирующие электроны от одного куска сверхпроводника к другому. Ученые выявили, что энергетическая щель периодически изменялась на поверхности материала волной, как и предсказывалось.

Псевдощелевая фаза важна для увеличения температурного диапазона высокотемпературных сверхпроводников. Это может помочь ученым лучше понять данную фазу и то, как материалы ведут себя при нагревании.