Учёные сделали важное открытие, связанное со сверхпроводимостью при значительно более высокой температуре, чем считалось возможным.
Физики обнаружили, что электроны объединяются в пары, как в сверхпроводящих материалах, но в неожиданном материале и при температуре, гораздо превышающей ту, при которой обычно возникает сверхпроводимость.
Сверхпроводимость — это явление, при котором электроны движутся через материал без сопротивления и, соответственно, без потери энергии. Это свойство встречается у разных материалов, но обычно только при экстремально низких температурах, близких к абсолютному нулю ( — 273,15 °C), и при очень высоком давлении.
В ходе исследования физики изучали кристалл на основе меди, известный как оксид неодима, церия и меди. Этот материал проявляет сверхпроводимость при низких температурах, но становится более устойчивым к ней по мере их повышения.
Для возникновения сверхпроводимости электроны должны образовать так называемые куперовские пары, путём запутывания их квантовой идентичности. Обычные сверхпроводники, работающие при температурах ниже –248 °C, используют колебания в материале для этого запутывания. Купраты, такие как оксид неодима, церия и меди, проявляют сверхпроводимость при температурах до –143 °C, но механизм спаривания электронов в этих материалах остаётся до конца неясным.
Исследуемый оксид неодима, церия и меди ведёт себя как обычный сверхпроводник, не проявляя сверхпроводимости при температурах выше — 248 °C. Когда электроны в этом материале начинают запутываться, они становятся менее устойчивыми к выбросу из материала при повышении температуры, что замедляет потерю энергии. Этот процесс известен как разрыв спаривания.
Физики наблюдали, как их материал сохраняет больше энергии при температуре до –133 °C, что значительно выше температуры перехода в сверхпроводящее состояние в –248 °C. Это свидетельствует о том, что электроны формируют куперовские пары даже при довольно высоких температурах.
Хотя точная причина образования этих пар пока не установлена, и сам материал может не привести к созданию сверхпроводников, работающих при комнатной температуре и обычном давлении, это открытие — важный шаг в этом направлении.
Сверхпроводимость при комнатной температуре — это давняя мечта физиков, которая могла бы обеспечить 100-процентную энергоэффективность и позволить создавать новые технологии и материалы. Наблюдение особенностей сверхпроводимости при высоких температурах даёт надежду на создание более эффективных сверхпроводников в будущем.
Хотя электроны в этом материале ещё не достигли состояния потока без сопротивления, их объединение в пары является критически важным этапом на пути к этому. По мнению учёных, если удастся найти новый метод синхронизации электронных пар, это поможет создать сверхпроводники, работающие при более высоких температурах.
