Високотемпературні надпровідники, революційний клас матеріалів, відкритий понад чотири десятиліття тому, мають величезний потенціал для технологічних проривів. Ці матеріали демонструють нульовий електричний опір, що дозволяє електриці вільно протікати без втрати енергії навіть при температурах, значно вищих за ті, які необхідні для звичайних надпровідників. Хоча ця чудова властивість вже знайшла застосування в різних областях, механізм високотемпературної надпровідності досі залишається загадкою.
Це явище ґрунтується на взаємодії між носіями заряду – частинками, відповідальними за транспортування електричного струму, – які дозволяють їм легко рухатися крізь атомну структуру матеріалу. Недавнє дослідження міжнародної дослідницької групи на синхротроні BESSY II, опубліковане в журналі Nature Communications, проливає світло на ці важливі взаємодії в конкретному типі високотемпературного надпровідника, купратів.
Дослідники зосередилися на La₂CuO₄, сполукі, що складається з чергування шарів оксиду міді (CuO) і оксиду лантану (LaO). Коли La₂CuO₄ обробляється додатковими атомами (легування), він демонструє надпровідність нижче 40 Кельвінів, причому така надпровідність обмежена шарами CuO. Зверніть увагу, що шари LaO залишаються діелектриками навіть за цих умов.
Команда використала складну техніку під назвою спектроскопія співпадіння фотоелектронного сигналу AUGER у поєднанні зі спеціалізованими рентгенівськими імпульсами на BESSY II. Це дозволило їм точно виміряти енергію пар носіїв заряду, зокрема, кисневих дірок, у яких по суті відсутні електрони навколо атомів кисню, у кожному шарі.
Що вони знайшли? Енергії взаємодії між цими носіями заряду були значно слабшими в шарах CuO (де виникає надпровідність) порівняно з діелектричними шарами LaO. Це відкриття свідчить про те, що слабша взаємодія в шарах оксиду міді може бути ключовим фактором, що дозволяє утворювати куперовські пари — зв’язані пари електронів, відповідальні за надпровідність.
Це дослідження дає критичне розуміння складних взаємодій між носіями заряду та їх взаємодії в купратах. Хоча багато чого залишається невідомим про високотемпературну надпровідність, це дослідження показує цікаву різницю в енергіях взаємодії, яка може значно сприяти розкриттю її повного потенціалу. Майбутні дослідження, які більш детально вивчатимуть ці відмінності, можуть прокласти шлях до ще кращих надпровідних матеріалів із потенційно революційним застосуванням у всіх галузях промисловості.
