Найдена схожесть между поведением холодных газов и высокотемпературной сверхпроводимостью

Ученые из Объединенного института лабораторной астрофизики (JILA) совместно с итальянскими теоретиками обнаружили существенное подобие между ультрахолодными атомными газами и высокотемпературной сверхпроводимостью, предполагая, что может существовать сравнительно простое общее объяснение эквивалентного поведения этих двух очень разных систем.

Хотя эффект высокотемпературной сверхпроводимости наблюдается для температур существенно ниже комнатных, понимание деталей, как это работает, может однажды привести к практическому использованию, к примеру, к более эффективной передаче электричества.

Группа из JILA совместно с NIST и Короладским университетом изучает, как ведут себя атомы газа Ферми (атомы с полуцелым спином) при «переходе» в конденсат Бозе-Эйнштейна, при котором атомы образуют тесно связанные пары, подобно куперовским парам электронов в сверхпроводниках. В новом исследовании ученые из JILA применили технику, которую они разработали в 2008 г. для изучения тонких энергетических свойств ультрахолодных атомов. Техника была заимствована из фотоэмиссионной спектроскопии, долгое время используемой для определения энергии электронов в материалах. Группа недавно использовала фотоэмиссионную спектроскопию для получения доказательств образования куперовских пар при температуре выше критической, когда сверхпроводники становятся обычными проводниками. Почему встречается такой дуализм, является сегодня темой для дискуссии.

Ученые из JILA провели серию сравнительных экспериментов для ультрахолодного газа атомов калия и выше температуры, при которой сверхтекучесть исчезает. Подобно группе, изучавшей сверхпроводимость, команда из JILA нашла доказательства образования атомных пар выше критической температуры. Это продемонстрировала существование так называемой «псевдозапрещенной зоны», в которой система сохраняет некоторые пары коррелированных фермионов, но не все характеристики сверхтекучести.

«Что делает это действительно интересным, что две системы в действительности очень разные – ведь высокотемпературный сверхпроводник существенно более сложный, чем атомный газ, - говорит научный сотрудник NIST/JILA Дебора Джин (Deborah Jin). – Наблюдение подобного поведения в экспериментах наводит на мысль, что наличие псевдозапрещенной фазы не требует сложных объяснений, таких как эффекты решетки, двумерность или экзотический механизм образования пар».

Дебора Джин в своей лаборатории