Понимание природы таинственного механизма, лежащего в основе высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП) остается одной из наиболее важных и дразнящих загадок в физике. Это замечательное явление позволяет электрическому току проходить с идеальной эффективностью за счет охлаждения материалов до отрицательных температур, и она может играть важную роль в революции передачи электричества. Поймав одну из возможных причин сверхпроводимости — мимолетные колебания, называемые волнами зарядовой плотности (ВЗП) — ученые считали, что разгадали тайну.

 

Физики сужают область поиска причин сверхпроводимости

 

Однако, исследователи из Массачусетского технологического института и Брукхейвенской национальной лаборатории энергетики объединили два современных экспериментальных метода для изучения этих электронных волн. Удивительные результаты, опубликованные в сети 24 февраля 2013 года, в журнале Nature Materials, показывают, что ВЗП не могут быть причиной беспрецедентной передачи электричества в сверхпроводниках.

Чтобы поймать ВЗП в действии, исследователи использовали передовую методику спектроскопии сверхбыстрых процессов. В методе используются интенсивные лазерные импульсы, которые фиксируют возбуждения в сверхпроводящих пленках. Идеальные пленки для эксперимента синтезировали в Брукхейвенской лаборатории. Пленки толщиной в один атом были сделаны из квазидвухмерного сверхпроводника (LaSrCuO) или купрата.

В результате спектроскопия показала, что в пленках при критической температуре 26 градусов Кельвина (порог, за которым сверхпроводимость разрушается), появляются два короткоживущих возбуждения, которые являются колебаниями ВЗП.

Ученые даже смогли записать время жизни колебания — всего 2 пикосекунды (одна миллионная одной миллионной доли секунды) при холодных условиях. При поднятии температуры волны становились короче, а затем исчезали полностью при температуре около 100 Кельвин. То есть оставались в пленке при значительно более высоких температурах, чем температура сверхпроводимости.

Затем исследователи охотились за следами ВЗП в купратных пленках со слегка различными химическими составами и большей плотностью подвижных электронов. Результат был достаточно неожиданным. Так, например, в сверхпроводящем образце с высокой критической температурой — около 39 Кельвинов — волны зарядовой плотности вообще не фиксировались.

Из этого ученые сделали вывод, что не ВЗП играют важную роль в высокотемпературной сверхпроводимости. То есть в основе появления ВТСП лежит другой механизм. Впрочем, и эти результаты вселяют в американских физиков оптимизм: если отброшена одна возможная причина этого необычного явления, то сделан еще один шаг на пути к истинной причине.

Источник