Экзотические сверхпроводники: секрет, которого не было

Тайна экзотического вида сверхпроводимости раскрыта — доказано, что ее просто не существует. Эффект, который отмечается с 1990-х годов, теперь показал, что это стандартная сверхпроводимость. Тем не менее, это осознание приводит к новым важным идеям.


Единичный результат измерения не является доказательством — это неоднократно доказывалось в науке. Мы можем по-настоящему полагаться на результат исследования только тогда, когда он был измерен несколько раз, предпочтительно разными исследовательскими группами, немного по-разному. Таким образом, ошибки обычно рано или поздно обнаруживаются.

Однако новое исследование, проведенное профессором Андреем Пустоговым из Института физики твердого тела в Венском техническом университете совместно с другими международными исследовательскими группами, показывает, что иногда это может занять довольно много времени. Исследование рутената стронция, материала, который играет важную роль в нетрадиционной сверхпроводимости, теперь опровергло эксперимент, получивший известность в 1990-х годах: считалось, что была открыта новая форма сверхпроводимости. Однако, как теперь выясняется, этот материал ведет себя очень похоже на другие хорошо известные высокотемпературные . Тем не менее, это важный шаг вперед для исследований.

Две частицы со связанным спином

Сверхпроводимость — одна из величайших загадок физики твердого тела: некоторые материалы полностью теряют электрическое сопротивление при низких температурах. Этот эффект до сих пор полностью не изучен. Однако несомненно то, что так называемые «куперовские пары» играют центральную роль в сверхпроводимости.

В нормальном металле электрический ток состоит из отдельных электронов, которые сталкиваются друг с другом и с атомами металла. В е электроны движутся парами. «Это кардинально меняет ситуацию, — поясняет Андрей Пустогов. «Это похоже на разницу между толпой на оживленной торговой улице и, казалось бы, легким движением танцующей пары на танцполе». Когда электроны связаны куперовскими парами, они не теряют энергию из-за рассеяния и движутся через материал без каких-либо возмущений. Главный вопрос: какие условия приводят к образованию куперовских пар?

«С точки зрения квантовой физики важен спин этих двух электронов», — говорит Андрей Пустогов. Спин — это магнитный момент электрона, который может указывать «вверх» или «вниз». Однако в куперовских парах происходит взаимодействие: в «синглетном» состоянии спин одного электрона направлен вверх, а спин другого электрона направлен вниз. Магнитные моменты компенсируют друг друга, и полный спин пары всегда равен нулю.

Однако это правило, которому следуют почти все сверх, казалось, нарушается куперовскими парами в рутенате стронция (Sr2RuO4). В 1998 году были опубликованы результаты, указывающие на куперовские пары, в которых спины обоих электронов направлены в одном направлении (тогда это так называемый «спиновой триплет»). «Это позволит создать совершенно новые приложения», — объясняет Андрей Пустогов. «Такие триплетные куперовские пары больше не будут иметь полный спин, равный нулю. Это позволит манипулировать ими с помощью магнитных полей и использовать для передачи информации без потерь, что было бы интересно для спинтроники и возможных квантовых компьютеров».

Это вызвало настоящий переполох, не в последнюю очередь потому, что рутенат стронция также считался особенно важным материалом для исследования сверхпроводимости по другим причинам: его кристаллическая структура идентична структуре купратов, которые обладают высокотемпературной сверхпроводимостью. В то время как последние намеренно легированы «примесями», чтобы сделать возможной сверхпроводимость, Sr2RuO4 уже является сверхпроводником в чистом виде.