Высокотемпературные сверхпроводники, революционный класс материалов, открытый более четырех десятилетий назад, обладают огромным потенциалом для технологических прорывов. Эти материалы демонстрируют нулевое электрическое сопротивление, позволяя электричеству свободно течь без потери энергии даже при температурах, значительно превышающих те, которые требуются обычным сверхпроводникам. Хотя это замечательное свойство уже нашло применение в различных областях, механизм высокотемпературной сверхпроводимости до сих пор остается загадкой.
В основе этого явления лежат взаимодействия между носителями заряда – частицами, отвечающими за транспорт электрического тока – которые позволяют им без труда перемещаться сквозь атомную структуру материала. Недавнее исследование международной исследовательской группы на синхротроне BESSY II, опубликованное в журнале Nature Communications, проливает свет на эти важные взаимодействия в конкретном типе высокотемпературных сверхпроводников – купратах.
Исследователи сосредоточились на La₂CuO₄, соединении, состоящем из чередующихся слоев оксида меди (CuO) и окиси лантана (LaO). При обработке La₂CuO₄ дополнительными атомами (допинг), оно проявляет сверхпроводимость ниже 40 кельвинов, причем это сверхпроводящее поведение ограничено слоями CuO. Обратите внимание, что слои LaO остаются диэлектрическими даже при этих условиях.
Команда использовала сложную технику под названием спектроскопия коинциденции фотоэлектронного сигнала АУГЕРА в сочетании со специализированными рентгеновскими импульсами на BESSY II. Это позволило им с высокой точностью измерить энергию пар носителей заряда – конкретно, дырок кислорода, которые по сути являются отсутствующими электронами вокруг атомов кислорода – в каждом слое.
Что они обнаружили? Энергии взаимодействия между этими носителями заряда были значительно слабее в слоях CuO (где возникает сверхпроводимость) по сравнению с диэлектрическими слоями LaO. Это открытие предполагает, что более слабые взаимодействия в слоях оксида меди могут быть ключевым фактором, позволяющим формировать пары Купера – связанные пары электронов, ответственные за сверхпроводящее поведение.
Это исследование дает важнейшие сведения о сложном взаимодействии между носителями заряда и их взаимодействием в купратах. Хотя многое остается неизвестным о высокотемпературной сверхпроводящей способности, это исследование выявляет любопытную разницу в энергиях взаимодействия, которая может значительно способствовать раскрытию ее полного потенциала. Будущие исследования, более подробно изучающие эти различия, могут открыть путь к созданию еще более совершенных сверхпроводящих материалов с потенциально революционными применениями во всех отраслях промышленности.
