| 0 |
|
Годы экспериментов в области высокотемпературной сверхпроводимости (high-Tc) обогатили ученых обширным массивом разрозненных данных об экзотическом поведении электронов. Разнообразие имеющейся информации — главная сложность, мешающая выявлению общих закономерностей, которые могли бы пролить свет на причины возникновения high-Tc в перспективных материалах.
В статье, вышедшей 10 октября в Трудах национальной Академии Наук, Симус Девис (Séamus Davis), физик-экспериментатор из Брукхэвенской национальной лаборатории Минэнергетики США и Дунг-Хай Ли a (Dung-Hai Lee), теоретик из Калифорнийского университета в Беркли, постулировали ряд принципов, ключевых для понимания сверхпроводимости и ряда сопутствующих электронных процессов, общих для всех семейств высокотемпературных сверхпроводников.
«После десятилетий догадок о том, какие аспекты важны для понимания высокотемпературной сверхпроводимости, а какие второстепенны, мы считаем, что нам удалось увидеть «свет в конце туннеля»», — пишет Девис.
Во всех известных типах high-Tc-сверхпроводников — на базе меди (купратах), железа или, так называемых компаундов тяжелых фермионов — сверхпроводимость возникает из угасания антиферромагнетизма — упорядоченного расположения электронов в смежных атомах, имеющих противоположную ориентацию спинов. Если электроны не могут выстроиться в такой порядок, антиферромагнитное взаимодействие между ними оказывает преобладающее воздействие на состояние материала.
Многие ученые ранее предполагали, что именно этот фактор обусловливает способность электронов образовывать пары с противоположно ориентированными спинами — необходимое условие для переноса заряда без сопротивления. Однако сложность состоит в том, что в различных высокотемпературных сверхпроводниках имеется множество типов электронных фаз, которые иногда соучаствуют в сверхпроводимости, а иногда сосуществуют рядом с ней.
Например, в купратах, области антиферромагнитного порядка могут перемежаться с дырками (вакансиями, прежде занятыми электронами), что придает волнам плотности заряда в этих материалах полосчатый вид. Эксперименты Девиса выявили в железных сверхпроводниках фазу, напоминающую нематические жидкие кристаллы. В сверхпроводниках на тяжелых фермионах присутствуют свои экзотические электронные состояния.
В новой статье Девис и Ли на примере простой модели демонстрируют гипотезу о том, что антиферромагнитные взаимодействия электронов вызывают как сверхпроводимость, так и различные сопряженные фазы в различных семействах материалов high-Tc. При этом в предложенном теоретическом аппарате присутствует еще одна переменная — топология поверхности Ферми.
Этот параметр характерен для каждого металла и является показателем расположения в нем свободных электронов. Теория Ли учитывает антиферромагнитное взаимодействие электронов и известные отличия поверхности Ферми от материала к материалу, прогнозируя типы электронных фаз и возникновение сверхпроводимости.
«До сих пор эта теория правильно предсказала все электронные фазы, которые наблюдались нами в каждом типе сильно коррелированных сверхпроводников», — заявил Девис. Следующим шагом, по словам Ли, станет способность предсказывать, какие материалы будут удовлетворять сформулированным ключевым требованиям. Именно над этим двое ученых и работают в настоящее время.
Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365
| 0 |
|
