Согласно результатам последних исследований, явление, известное как высокотемпературная сверхпроводимость, оказалось непосредственно связанным с определенным положением электронов в трехмерном пространстве объема сверхпроводящего материала. Это открытие было сделано международной группой ученых, возглавляемой учеными из Стэнфордского университета, которые произвели полную картографию поведения электронов в сверхпроводнике под влиянием множества различных условий. И полученные «электронные» трехмерные карты могут оказать неоценимую помощь в разработке новых сверхпроводящих материалов, которые работают при более высоких температурах, нежели существующие сейчас сверхпроводники.
Напомним нашим читателям, что сверхпроводящие материалы способны проводить электрический ток без сопротивления, не рассеивая ни частицы его энергии. Это получается за счет формирования в материале пар электронов, так называемых Куперовских пар, которые способны перемещаться в материале, не сталкиваясь ни с другими электронами, ни с атомами кристаллической решетки этого материала, т.е. не встречая сопротивления. Классические сверхпроводники обладают сверхпроводимостью при температурах ниже 30 градусов по шкале Кельвина. А к высокотемпературным сверхпроводникам относятся материалы, которые обладают сверхпроводимостью при температурах выше 138 градусов Кельвина, температурах, которые могут быть получены путем охлаждения жидким азотом.
Исследователи из Национальной лаборатории линейных ускорителей (SLAC National Accelerator Laboratory) Стэнфордского университета занимались исследованиями окиси меди-бария-иттрия (YBCO, yttrium barium copper oxide), одного из самых известных высокотемпературных сверхпроводников. Ученые использовали импульс магнитного поля, силой порядка 28 Тесла, что в 10-20 раз сильней магнитного поля в установках магнитно-резонансной томографии. Кроме этого, исследуемый материал освещался импульсами рентгеновского лазера, длительность которых составляла 50 фемтосекунд.
В результате исследований ученые обнаружили трехмерный вариант волны распределения плотности электрического заряда в сверхпроводнике, статическое и упорядоченное расположение электронов в объеме материала. Следует отметить, что такие двухмерные (плоские) волны распределения плотности заряда были обнаружены в сверхпроводниках в 2012 году, но трехмерная форма этой волны более точно соответствует некоторым особенностям наблюдаемых в материалах процессов.
В настоящее время у ученых не имеется достаточно данных для того, чтобы создать визуализацию приемлемого качества этой трехмерной волны. Но в скором будущем будут произведены дополнительные исследования, в ходе которых ученые соберут недостающие им сейчас данные. Кроме этого, аналогичные эксперименты будут проведены по отношению к другим высокотемпературным сверхпроводникам для того, чтобы выяснить универсальность наблюдаемого явления и его роль в возникновении сверхпроводимости.
«Мы продолжаем и будем продолжать делать новые удивительные открытия» — рассказывает Дилинг Чжу (Diling Zhu), научный сотрудник группы LCLS, — «Оказывается, что свойства сверхпроводников более «богаты», нежели мы думали раньше. И это мы можем выяснить благодаря новым экспериментальным инструментам и технологиям, которые мы постоянно разрабатываем и модернизируем».
