Эксперимент проливает свет на сложные взаимосвязи электронных фаз в купратах

В работе, опубликованной вчера в онлайновом издании Nature Physics, ученые из Корнелльского университета и Брукхэвенской национальной лаборатории впервые на атомарном уровне проследили причины, приводящие к появлению электронных волн плотности в купратах, где это явление конкурирует с состоянием высокотемпературной сверхпроводимости. Купраты являются главными кандидатами на многие важные приложения, включая сверхэффективное генерирование и передачу электричества, устройства хранения данных.

«В металле электроны движутся во всех направлениях, имеют широкий диапазон энергий и моментов. Это, фактически, газ электронов, — рассказывает руководитель исследования, Шеймус Дэвис (Séamus Davis). — Какие из этих электронов ответственны за создание волн плотности в купратах? Мы смогли дать ответ на этот вопрос, установив как энергию, так и импульс соответствующих электронов».

В своих опытах авторы применили мощный метод визуализации, никем ранее не использовавшийся. Он получил название субрешеточной оптимизации и основан на применении специализированного сканирующего туннельного микроскопа, способного выявлять электронную структуру в различных подмножествах атомов кристалла — субрешетках.

Помимо сверхпроводящей фазы ученые исследовали ещё одну малоизученную разновидность электронного порядка, наблюдаемую в купратах, так называемую фазу «псевдощели». В прошлом году им удалось впервые обнаружить явную связь между исчезновением волн плотности в фазе псевдощели и появлением свободных электронов, необходимых для сверхпроводимости.

Наиболее важным итогом новой работы стали результаты, указывающие на ещё одну связь между волной электронной плотности и фазой псевдощели: характеристическая энергия модуляции волн плотности равна энергии псевдощели. Из этого вытекает фундаментальное заключение, что состояние псевдощели, в определённом смысле, порождает волны плотности.