Недавние исследования прояснили тайну сверхпроводников при высоких критических температурах, определив их уникальное «экзотическое металлическое» состояние и ключевую квантовую критическую точку. Это открытие, ставшее результатом совместных усилий и обширных экспериментов, является важным шагом на пути к передовым сверхпроводящим и устойчивым технологиям, помогающим достичь более зеленого будущего.

Отчет об исследовании, только что опубликованный в журнале Nature Communications исследователями из Миланского политехнического университета, Технологического университета Чалмерса в Гетеборге и Римского университета Сапиенца, раскрывает одну из многих загадок сверхпроводников на основе меди при высоких критических температурах: даже выше критической температуры они особенные и ведут себя как «странные» металлы. Это означает, что их сопротивление меняется с температурой иначе, чем у обычных металлов.

Это исследование намекает на существование квантовой критической точки, связанной с «экзотическими металлами».

Фазовая диаграмма оксида меди. Источник: Миланский политехнический университет.

Экзотическое поведение металлов и квантовые критические точки

«Квантовая критическая точка означает, что при определенных условиях свойства материала полностью изменятся из-за квантовых эффектов». Риккардо Арпайя, исследователь кафедры микротехнологий и нанонауки Университета Чалмерса и ведущий автор этого исследования, прокомментировал: «Подобно тому, как лед тает и становится жидким из-за микроскопических температурных эффектов при нуле градусов по Цельсию, оксид меди также станет «странным» металлом из-за флуктуаций квантового заряда».

Исследование основано на экспериментах по рассеянию рентгеновских лучей, выполненных на европейском синхротроне ESRF и британском синхротроне DLS. Эти эксперименты выявили влияние колебаний плотности заряда на сопротивление оксида меди, что делает оксид меди «странным». Систематические измерения изменения энергии этих флуктуаций определили минимальное значение плотности носителей заряда: квантовую критическую точку.

Прибор ERIXS на европейском синхротроне ESRF в Гренобле. Источник: Миланский политехнический университет.

Влияние и будущие направления

«Это результат более чем пятилетней работы. Мы использовали технологию под названием RIXS, разработанную в основном нами в Миланском политехническом университете. Благодаря обширным кампаниям по измерениям и новым методам анализа данных мы продемонстрировали существование квантовых критических точек». Джакомо Гирингелли, профессор кафедры физики Миланского политехнического университета и координатор исследований, добавил: «Лучшее понимание оксидов меди поможет разработать более качественные материалы с более высокими критическими температурами, что облегчит их использование в будущих технологиях».

Серджио Капрара вместе со своими коллегами с кафедры физики Римского университета Сапиенца предположил, что колебания заряда играют ключевую роль в оксидах меди. Он заявил: «Это открытие является важным шагом вперед в понимании не только аномальных свойств металлического состояния оксидов меди, но и до сих пор неясных механизмов, лежащих в основе высокотемпературной сверхпроводимости».

Ссылка: DOI:10.1038/s41467-023-42961-5.

Источник составления: ScitechDaily.