Сверхпроводники проводят электрический ток без сопротивления, однако обычно для этого им требуется охлаждение почти до абсолютного нуля. В конце 1980-х годов ученые обнаружили медьсодержащие материалы — купраты, которые сохраняют сверхпроводимость при более высоких температурах. Для их охлаждения достаточно относительно доступного жидкого азота, но почти четыре десятилетия физики не могут прийти к единому объяснению этого явления.
Новые сведения удалось получить группе физиков под руководством Милана Аллана из Мюнхенского университета Людвига и Максимилиана и Ингмара Сварта из Утрехтского университета в Нидерландах. Исследование опубликовано в журнале Science. Ученые анализировали слабый электрический шум, возникающий при прохождении тока в купрате.
Главной загадкой остается псевдощель — необычное состояние вещества, связанное с исчезновением части электронов. «Псевдощель — это явление исчезновения электронов», — объяснил Аллан. При температурах выше порога сверхпроводимости измерения показывают, что на определенных энергетических уровнях электронов значительно меньше, чем должно быть.
«Все знают, что разные методы обнаруживают исчезновение этих электронов, но никто не знает почему», — сказал ученый. Одна из гипотез предполагает, что электроны объединяются в определенные структуры, например в волны пространственного распределения заряда, а сверхпроводимость возникает независимо. Согласно другой версии, электроны образуют пары еще до перехода материала в сверхпроводящее состояние.
Такие пары называют куперовскими, именно они обеспечивают перенос тока в сверхпроводнике. Согласно этому сценарию, до начала сверхпроводимости пары уже существуют, но еще не могут двигаться согласованно. Проверить конкурирующие объяснения было сложно, поскольку разные приборы фиксировали отдельные признаки явления, но не давали однозначной картины.
«Множество разных экспериментальных признаков в некотором смысле смешаны в этом явлении», — отметил Аллан. По его словам, наблюдаемые сигналы оставались несогласованными и трудными для интерпретации. Исследовательская группа разработала способ напрямую выявлять электронные пары, что позволило приблизиться к объяснению природы псевдощели.