21 мая из Южного научно-технического университета стало известно, что исследовательская группа под совместным руководством академика Сюэ Цикуня, профессора Китайского научно-технического университета Хэ Цзюньфэна и доцента Южного научно-технического университета Чэнь Чжоюя впервые непосредственно наблюдала безузловую сверхпроводящую щель в тонких пленках высокотемпературных сверхпроводников на основе оксидов никеля и обнаружила явление электрон-бозонной связи. Результаты соответствующего исследования были опубликованы в тот же день в журнале «Science».
Сообщается, что это открытие предоставляет важные экспериментальные доказательства по двум ключевым проблемам высокотемпературной сверхпроводимости — «симметрии сверхпроводящей щели» и «механизма сверхпроводящего спаривания», имеет важное научное значение для глубокого понимания механизма высокотемпературной сверхпроводимости, а также является основой для продвижения более широкого применения сверхпроводниковых технологий.
В сверхпроводниках электроны «спариваются» и движутся парами. Такое «спаривание» является основой явления сверхпроводимости. Однако в высокотемпературных сверхпроводниках вопрос о том, почему и в каком виде электроны спариваются, до сих пор остается одной из величайших загадок физики.
«В сверхпроводниках электроны за счет спаривания могут экономить энергию, и эта сэкономленная энергия и есть сверхпроводящая щель», — пояснил Чэнь Чжоюй. «Можно представить спаривание электронов как парный танец, а симметрия щели — это их „танцевальная фигура“».
Согласно пояснению, в традиционных сверхпроводниках щель полностью открыта и не имеет узлов, где она равна нулю, что соответствует симметрии s-типа, в то время как в высокотемпературных сверхпроводниках на основе оксидов меди долгое время считалось, что существуют узлы, что соответствует симметрии d-типа.
«Таким образом, наличие или отсутствие узлов в щели является ключевым показателем для определения физического происхождения высокотемпературной сверхпроводимости», — пояснил Чэнь Чжоюй. Данное исследование впервые дало четкий ответ для двухслойных высокотемпературных сверхпроводящих тонких пленок на основе оксидов никеля RP-фазы: их сверхпроводящая щель не имеет узлов и больше соответствует симметрии s-типа (или s±-типа).
Сообщается, что хотя и те, и другие являются высокотемпературными сверхпроводниками, механизмы спаривания в сверхпроводниках на основе оксидов никеля и оксидов меди, возможно, не полностью идентичны.
То, как спариваются электроны, является еще одним ключом к разгадке тайны высокотемпературной сверхпроводимости. Теоретически механизмы спаривания электронов делятся на два типа: один не требует посредника, а другой требует передачи через посредника.
«Мы зафиксировали типичный спектроскопический сигнал „излома зоны“ примерно на 70 мэВ ниже уровня Ферми, который является „отпечатком“, оставленным взаимодействием электронов с неким бозоном», — пояснил Чэнь Чжоюй. «Это подтверждает существование электрон-бозонной связи в высокотемпературных сверхпроводниках на основе оксидов никеля и указывает на то, что их электронное спаривание, весьма вероятно, обусловлено неким посредником».
Также стало известно, что это открытие предоставляет важные экспериментальные доказательства для ответа на вопрос о том, как спариваются электроны. В настоящее время исследовательская группа уже обнаружила по этим «отпечаткам» следы, оставленные посредником. Следующим шагом станет выяснение того, чем именно является бозон, выступающий в роли посредника при спаривании, что, возможно, станет ключом к окончательному выяснению физического механизма высокотемпературной сверхпроводимости.