Сверхпроводящие материалы обладают нулевым электрическим сопротивлением и потому способны пропускать через себя ток без потерь энергии, что позволяет передавать огромные токи, несравнимые с обычными медными проводами. Именно сопротивление заставляет электроприборы греться, а лампы накаливания — светиться и перегорать. Изначально считалось, что добиться нулевого сопротивления можно лишь при сверхнизких температурах.
Ученые из университета Хиросимы (Япония) стали на шаг ближе к открытию. Исследователи впервые наблюдали особое электронное состояние, известное как нодальный металл, которое позволяет лучше понять поведение электронов при различных температурах в многослойной системе, состоящей из меди и кислорода. Результаты были опубликованы в журнале Nature Communications.
Как отметили исследователи, сверхпроводимость возникает, когда носители заряда внедряются в двумерную плоскость из оксида меди. Сверхпроводники на основе оксида меди имеют многослойную структуру, которая демонстрирует различные температуры перехода в зависимости от количества слоев или плоскостей оксида меди. В них могут происходить значительные физические переходы, в том числе в сверхпроводящие состояния.
В прошлом ученые установили опытным путем, что температура перехода достигает максимального значения в системе с тремя слоями оксида меди. Однако почему это так, и как электроны ведут себя при этой температуре, долгое время оставалось загадкой.
В эксперименте исследователи использовали метод фотоэмиссионной спектроскопии с разрешением по углу и синхротронным излучением. Интенсивные пучки фотонов, генерируемые синхротроном, используются для возбуждения электронов в образце материала — в данном случае, в трехслойной системе купрата. Исследователи могут измерять движение возбужденных электронов, выявляя взаимосвязь между энергией и импульсом электронов. Они также могут напрямую измерять ширину энергетической щели. Когда материал становится сверхпроводящим, его электронная структура образует своего рода энергетический барьер, известный как сверхпроводящая энергетическая щель, и поддерживает электроны в стабильном состоянии, препятствуя их легкому возбуждению.
Ученые обнаружили, что сверхпроводящие электроны существуют при температурах, значительно превышающих температуру перехода во внутренних плоскостях оксида меди с очень низкой концентрацией дырок. Сверхпроводящая энергетическая щель, свидетельствующая о сверхпроводимости в системе, оказалась значительно больше, чем в обычных сверхпроводниках. Именно поэтому трехслойные купратные сверхпроводники демонстрируют самую высокую температуру перехода в сверхпроводящее состояние по сравнению с другими купратными сверхпроводниками.
Ранее Наука Mail сообщала о том, что инженеры научились получать электричество из воды и кремния.
