Высокотемпературная сверхпроводимость была открыта в 1911 году, но механизм, позволяющий электронам двигаться без сопротивления при температурах значительно выше абсолютного нуля, остается загадкой. Долгое время основными материалами для высоктемпературных сверхпроводников были купраты и железо. Соединения на основе никеля — никелаты — новое семейство, которое дает надежду на создание более простых и дешевых высокотемпературных сверхпроводников. Но до сих пор ключевые параметры никелатов — симметрия сверхпроводящей щели и механизм спаривания — были неизвестны.
В сверхпроводнике энергетическая щель — это «запретная зона», которая не позволяет электронам рассеиваться. Важнейшая характеристика — наличие в этой щели «узлов» — в пространстве импульсов. Если щель имеет узлы (точки, где щель нулевая), это обычно указывает на d-волновую симметрию (как в купратах). Если узлов нет — на s-волновую (как в обычных низкотемпературных сверхпроводниках). Команда ученых из Научно-технического университета Китая и других вузов изучила тонкие двухслойные пленки никелатов Раддлсдена — Поппера и не обнаружила узлов в пространстве импульсов.
Второй важный вопрос, на который нашли ответ ученые: как электроны соединяются в куперовские пары? В теории это происходит благодаря фононам, или колебаниям решетки. В высокотемпературных предполагается, что действуют другие бозоны (например, магнитные флуктуации).
В ходе эксперимента исследователи наблюдали «дисперсионный излом» с энергией около 70 мэВ ниже уровня Ферми. Это первое прямое доказательство электрон-бозонных пар в никелатах, пишет Scitech Daily.
Природа высокотемпературной сверхпроводимости все еще остается неразгаданной. Исследование китайских физиков сужает круг возможных теорий и делает важный шаг к созданию модели, которая могла бы объединить все семейства высокотемпературных сверхпроводников. Кроме того, никелаты технологически проще (не содержат токсичного свинца и менее капризны в синтезе), что делает их перспективными для прикладных работ — например, для сверхпроводящих магнитов нового поколения.
Физики из Германии и США выявили скрытую связь между магнетизмом и так называемой псевдощелью, необычным состоянием вещества, которое возникает в некоторых квантовых материалах при температурах чуть выше перехода в сверхпроводящее состояние. Понимание этой фазы считается ключом к разгадке механизма высокотемпературной сверхпроводимости.
