Сверхпроводимость при комнатной температуре достигнута — на пару пикосекунд

Эффект сверхпроводимости вначале был открыт в некоторых металлах при температуре, близкой к абсолютному нулю (−273 °C), а в 80-е годы прошлого века новый класс керамических материалов оказался способен проводить электричество без сопротивления примерно при −200 °C.

Одним из наиболее перспективных для технических приложений представителей таких высокотемпературных сверхпроводников является оксид иттрия, бария, меди (YBCO). Особенностью его структуры, которая делает возможным этот эффект, является наличие тонких сдвоенных слоев диоксида меди. В них образуются так называемые куперовские пары электронов, которые при охлаждении кристалла YBCO ниже критической температуры туннелируются сквозь толстые промежуточные слои с примесью бария.

В прошлом году международный коллектив с ключевым участием исследователя Андреа Каваллери (Andrea Cavalleri) из Института структуры и динамики материи имени Макса Планка в Гамбурге (Германия) обнаружил, что при облучении импульсами инфракрасного лазера YBCO на очень короткий период времени становится сверхпроводящим при комнатной температуре.

Было очевидно, что лазерное излучение каким-то образом изменяет связь между сдвоенными слоями кристалла. Точный механизм происходящего оставался неясен пока физики не поставили решающий эксперимент с применением самого мощного в мире рентгеновского лазера LCLS (Linac Coherent Light Source). О результатах сообщается в очередном выпуске журнала Nature.

«Мы вновь посылали в кристалл ИК-импульс, возбуждавший колебания некоторых атомов, — рассказывает главный автор статьи, физик Роман Манковски (Roman Mankowsky). — Сразу вслед за ним мы отправляли короткий рентгеновский импульс, чтобы точно измерить структуру возбужденного кристалла».

В результате данного эксперимента выяснилось, что ИК-импульс не только заставлял атомы колебаться, но также изменял их расположение в кристалле. Толщина двойных слоев диоксида меди кратковременно увеличивалась на два пикометра (сотая часть диаметра атома), а прослойка с барием между ними становилась на такую же величину тоньше. Это усиливало квантовую связь между двойными слоями до такой степени, что кристалл на несколько пикосекунд становился сверхпроводящим при комнатной температуре.

Новое понимание физики процесса, как заявил Манковски, поможет доработать все еще неполную теорию высокотемпературной сверхпроводимости, а в конечном итоге, возможно, позволит воплотить в жизнь главную мечту физиков-материаловедов: создать сверхпроводник, работающий вообще без охлаждения.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365