Прямо между атомами? Физики открыли совершенно новый тип сверхпроводимости
Физики из Калифорнийского технологического института (Калтех) совершили прорыв в понимании сверхпроводимости, обнаружив, что энергетическая щель — ключевой параметр этого квантового явления — может меняться буквально от атома к атому. Этот эффект, названный «модуляцией плотности куперовских пар» (PDM), ставит под сомнение устоявшиеся представления о природе сверхпроводящего состояния и может стать шагом к созданию материалов, работающих при комнатной температуре.
Аномалия на атомном уровне
В ходе экспериментов с тонкими чешуйками железосодержащего сверхпроводника (FeTe₀.₅₅Se₀.₄₅) группа под руководством Стевана Надь-Перге впервые зафиксировала, что амплитуда энергетической щели — «защитной зоны», позволяющей электронам двигаться без сопротивления, — колеблется с минимально возможной длиной волны. Величина этих колебаний достигает 40%, что, по словам соавтора исследования Линъюаня Куна, является самым убедительным доказательством существования подобных атомных «узоров» в сверхпроводящем состоянии.
Технологический вызов
Обнаружить столь тонкий эффект удалось благодаря новому методу подготовки образцов. Поверхность железосодержащих сверхпроводников крайне чувствительна к загрязнениям, что на протяжении почти 20 лет делало их исследование с помощью сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) невозможным. Команде из Калтеха пришлось разработать особую процедуру очистки, которая, наконец, позволила инструменту «разглядеть» атомную структуру модуляции.
Теоретическое обоснование
Теоретики Михал Папай и Патрик Ли предложили модель, объясняющую природу PDM. По их мнению, ключевую роль играет нарушение определенных видов симметрии в тонких пленках. В идеальном кристалле свойства однородны, но в двумерных структурах при определенных условиях эта упорядоченность нарушается, порождая волны плотности куперовских пар, меняющие «глубину» энергетической щели.
Долгое время в физике сверхпроводимости господствовало представление об однородности энергетической щели. Концепция «парной волны плотности» (PDW) предполагала ее модуляцию, но лишь на относительно больших расстояниях. Обнаружение PDM на атомном уровне стало неожиданностью, демонстрирующей, что квантовые эффекты в сверхпроводниках могут проявляться в гораздо более мелких масштабах, чем считалось ранее.
Каждое такое открытие приближает ученых к разгадке фундаментальных механизмов сверхпроводимости. Понимание того, как и почему возникают атомные модуляции, может указать путь к созданию материалов, способных проводить ток без потерь при обычных, комнатных температурах. Пока это лишь отдаленная перспектива, но новое исследование показывает, что квантовый мир таит в себе гораздо больше сюрпризов, чем предполагалось, и каждый из них может стать ключом к технологической революции.
