Ученые Стэнфордского университета обнаружили в сверхпроводящих металлах феномен, который пока еще не имеет объяснения. Он ставит под сомнение текущую физическую теорию сверхпроводимости и для своего описания требует квантовые компьютеры. Об этом сообщает Lenta.ru со ссылкой на Phys.org.

Фото: Leiden University
Фото: Leiden University

Исследователи изучили переходную фазу в сверхпроводнике Bi-2212 (Bi2Sr2CaCu2O8+x), используя метод фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением (ARPES). Интенсивный ультрафиолетовый свет выбивает электроны из образца, а по энергии и скорости частиц определяется поведение электронов в металле.

Сверхпроводимость вызвана электронами, которые ниже определенной критической температуры образуют куперовские пары и могут беспрепятственно проходить через кристалл. Выше этой границы в высокотемпературных сверхпроводниках возникает «странная» фаза, при которой электроны ведут себя не как независимые частицы, как в обычных металлах, а словно собираются в коллективы.

Кроме температуры на фазовый переход влияет степень легирования, то есть наличия в металле примесей. При относительно высокой температуре переход между нормальным и «странным» металлом происходит при доле примесей 19−20 процентов. Исследователи показали, что при этом распределение энергии электронов скачкообразным образом меняется. Если температуру понизить до сверхпроводящей фазы, то скачок сглаживается и свойства начинают меняться постепенно.

Согласно физическому принципу, называемому квантовым фазовым переходом, этого не должно происходить: скачкообразный характер должен происходить и при низких температурах. По мнению ученых, феномен может объясняться квантовой запутанностью, и поведение частиц можно удовлетворительно описать лишь с помощью квантового компьютера.

Сверхпроводниками называют материалы, которые проводят электричество с нулевым сопротивлением. Это явление впервые обнаружилось при очень низких температурах (несколько градусов выше абсолютного нуля), однако затем сверхпроводимости удалось добиться при более высоких температурах (92 кельвина).

-34%
-10%
-20%
-10%
-50%
-50%
-20%
-50%