МатериалыФизика

Сверхпроводимость: ученые разгадали тайну дуг Ферми

В некоторых материалах электрический заряд может перемещаться только в очень определенных направлениях. Исследователи теперь показали, что это можно объяснить магнитными эффектами.

Высокотемпературная сверхпроводимость остается загадкой для современной физики, поскольку материалы демонстрируют нулевое электрическое сопротивление только при низких температурах. Открытие материала, который является сверхпроводящим при комнатной температуре, может привести к новаторским технологическим достижениям.

Ученые из TU Wien достигли прогресса в понимании купратов, увлекательного класса высокотемпературных сверхпроводников. Они обнаружили, что при определенных условиях электроны в этих материалах могут двигаться только в определенных направлениях, представленных как «дуги Ферми». Это явление можно визуализировать, используя лазерный свет для выталкивания электронов из материала.

Группа ученых из Института физики твердого тела Венского технического университета разработала теоретические и численные модели, объясняющие этот эффект, связывая его с магнитными взаимодействиями между электронами разных атомов.

Хотя объяснения сверхпроводимости существуют уже десятилетиями, включая теорию БКШ (Теория Бардина — Купера — Шриффера) для металлов, получившую Нобелевскую премию 1972 года, эта теория не применима к высокотемпературным сверхпроводникам, таким как купраты, которые представляют собой содержащие медь соединения, известные своими уникальными свойствами. Ученые отметили, что купраты демонстрируют несколько необъяснимых явлений, включая образование «дуг Ферми».

Добавляя дополнительные электроны к этим высокотемпературным сверхпроводникам и измеряя их движение, исследователи обнаружили, что электроны могут двигаться только в определенных направлениях, представленных дугами Ферми, которые резко обрываются в определенных точках. Такое поведение необычно и не может быть объяснено обычными теоретическими моделями, что подчеркивает необходимость новых подходов к пониманию сверхпроводимости в этих материалах.

Команда TU Wien, состоящая из Пола Ворма, Маттиаса Райтнера, Карстена Хельда и Алессандро Тоски, успешно объяснила необычное поведение дуг Ферми в высокотемпературных сверхпроводниках. Они достигли этого, разработав сложные компьютерные симуляции вместе с аналитической моделью, которая упрощает явление до простой формулы. Это достижение улучшает понимание того, как ведут себя эти материалы, и может привести к дальнейшему пониманию высокотемпературной сверхпроводимости.

«Ключ к эффекту — антиферромагнитное взаимодействие. В купратах, которые мы смоделировали, это антиферромагнитное взаимодействие с большим радиусом действия», — говорят исследователи. «Поэтому магнитные моменты электронов на разных атомах выстраиваются на больших расстояниях таким образом, что магнитная ориентация электронов всегда чередуется между одним направлением и другим — подобно шахматной доске, где каждое поле окрашено иначе, чем его непосредственные соседи».

«Впервые мы смогли представить теоретическую модель резкого окончания дуг Ферми и объяснить, почему движение электронов в таких материалах возможно только в определенных направлениях. Этот прогресс не только помогает нам лучше понять некоторые неразгаданные тайны высокотемпературных сверхпроводников, но и может продвинуть будущие исследования материалов с похожими нетрадиционными свойствами».

Поделиться в соцсетях
Дополнительно
Physical Review Letters
Показать больше
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Первые
Последние Популярные
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
Back to top button