Совершенно новое состояние материи

Результаты исследования, опубликованного в журнале Science, показывают, что куперовские электронные пары, которые обеспечивают сверхпроводимость, могут проводить электричество также, как обычные металлы.

В течение многих лет физики предполагали, что куперовские пары, которые позволяют сверхпроводникам проводить электричество без сопротивления, могут работать только двумя способами. Пары либо свободно скользят, создавая сверхпроводящее состояние, либо создают изолирующее состояние, заклиниваясь внутри материала и не способны двигаться вообще.

Новое состояние материи сверхпроводника

Но в новой статье, опубликованной в Science, команда исследователей показала, что куперовские пары также могут проводить электричество с некоторым сопротивлением, как это делают обычные металлы. Исследователи говорят, что результаты описывают совершенно новое состояние материи, которое потребует нового теоретического объяснения.

«Существовали доказательства того, что это металлическое состояние возникнет в тонкопленочных сверхпроводниках, когда они охлаждаются до их сверхпроводящей температуры, но вопрос о том, затрагивает ли это состояние куперовские пары, остается открытым», - сказал Джим Валлес, профессор физики в Университете Брауна. «Мы разработали методику, которая позволяет нам проверить это, и показали, что действительно пары Купера ответственны за перенос заряда в этом металлическом состоянии. Интересно, что на теоретическом уровне никто не знает, как они это делают, поэтому этот вывод потребует дополнительной теоретической и экспериментальной работы, чтобы точно понять, что происходит».

Куперские пары названы в честь Леона Купера, профессора физики из Университета Брауна, который получил Нобелевскую премию в 1972 году за описание их роли в обеспечении сверхпроводимости. Сопротивление создается, когда электроны трясутся в атомной решетке материала при движении. Но когда электроны объединяются, чтобы стать куперовскими парами, они подвергаются замечательной трансформации. Электроны сами по себе являются фермионами, частицами, которые подчиняются принципу исключения Паули, что означает, что каждый электрон стремится сохранить свое собственное квантовое состояние. Однако пары Купера действуют как бозоны, которые могут находиться в одном и том же состоянии. Такое бозонное поведение позволяет парам Купера координировать свои движения с другими куперовскими парами, чтобы уменьшить сопротивление до нуля. 

В 2007 году Валлес, работая с профессором Джимми Сюем, показал, что куперовские пары могут также создавать изолирующие состояния и сверхпроводимость. В очень тонких материалах, вместо того, чтобы двигаться согласованно, пары сговариваются, чтобы оставаться на месте, оказавшись на крошечных островках внутри материала и неспособных прыгнуть на следующий остров.

В этом новом исследовании Валлес, Сюй и их коллеги из Китая искали куперовские пары в несверхпроводящем металлическом состоянии, используя технику, аналогичную той, которая открыла изоляторы куперовской пары. Техника включает формирование тонкопленочного сверхпроводника, оксида иттрия-бария-меди (YBCO), с массивами крошечных отверстий. Когда через материал протекает ток и он подвергается воздействию магнитного поля, носители заряда в материале будут вращаться вокруг отверстий, как вода,уходящая в сток. 

«Мы можем измерить частоту, с которой эти заряды кружатся», - сказал Валлес. «В этом случае мы обнаружили, что частота соответствует двум электронам, которые вращаются одновременно, а не одному. Таким образом, мы можем сделать вывод, что носителями заряда в этом состоянии являются куперовские пары, а не одиночные электроны».

Исследователи говорят, что идея о том, что бозоноподобные куперовские пары ответственны за это металлическое состояние, вызывает удивление, потому что есть элементы квантовой теории, которые предполагают, что это не может быть возможным. Таким образом, понимание того, что происходит в этом состоянии, может привести к  новому пониманию физики, но потребуется больше исследований.

Исследователи говорят, что в будущем можно использовать это бозонное металлическое состояние для новых типов электронных устройств. опубликовано econet.ru по материалам scitechdaily.com

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet