Эксперимент показал, что электронные пары в сверхпроводимости взаимодействуют между собой, чего не предсказывает теория
Исследователи из Национального центра научных исследований Франции (CNRS) и Института Flatiron (США) впервые зафиксировали процесс, объясняющий природу сверхпроводимости — явления, при котором электрический ток течёт без сопротивления. В ходе эксперимента учёные наблюдали взаимодействие атомов в условиях, моделирующих поведение электронов в сверхпроводниках. Эти данные могут изменить представления о механизмах сверхпроводимости и приблизить создание материалов, работающих при комнатной температуре.
Сверхпроводимость возникает в специальных материалах, охлаждённых до экстремально низких температур. При достижении критической температуры электроны образуют пары, что устраняет электрическое сопротивление. Этот процесс был описан в 1950-х годах в теории БКШ (Бардин, Купер, Шриффер), которая получила Нобелевскую премию. Однако теория БКШ не объясняет всех аспектов сверхпроводимости, и учёные давно подозревали, что в ней отсутствуют важные детали.
В новом исследовании учёные использовали ферми-газ из атомов лития, охлаждённый до миллиардных долей градуса выше абсолютного нуля. Этот газ позволяет моделировать поведение электронов в сверхпроводниках. С помощью нового метода визуализации удалось зафиксировать относительные позиции пар атомов и обнаружить, что их взаимодействие отличается от предсказаний теории БКШ.
Оказалось, что после образования пар атомы начинают взаимодействовать друг с другом, а их позиции зависят от других пар. Это противоречит теории БКШ, которая предполагает независимость пар. Эксперимент показал, что в теории отсутствует описание корреляций между парами.
Для подтверждения результатов теоретики провели численное моделирование с использованием квантовой механики. Их расчёты совпали с экспериментальными данными и выявили дополнительные детали, отсутствующие в теории БКШ, включая расстояние между парами.
Полученные результаты расширяют фундаментальное понимание сверхпроводимости и других квантовых материалов. Они могут помочь в разработке высокотемпературных сверхпроводников, которые работают при температурах, близких к комнатным. Такие материалы способны модернизировать энергосети и вычислительные системы.
В 1980-х годах были открыты высокотемпературные сверхпроводники, работающие при температуре жидкого азота (около -196 °C). Однако их природа до сих пор остаётся загадкой. Новые исследования помогут учёным приблизиться к созданию сверхпроводников, которые функционируют в условиях окружающей среды, что значительно повысит эффективность технологий.
