Аномальное электронное состояние открывает путь к высокотемпературной сверхпроводимости

«Сверхпроводимость возникает, когда носители заряда — дырки или электроны — легируются в двумерном оксиде меди», — пояснил соавтор Синъитиро Идета из Хиросимского университета, один из исследователей.

Легирование подразумевает введение дефектов в систему, которыми затем можно манипулировать для достижения желаемого поведения в пределах заданных параметров.

Сверхпроводники на основе оксида меди представляют собой многослойную систему, которая демонстрирует различные температуры перехода в зависимости от количества слоев оксида меди. Они способны претерпевать значительные физические переходы, включая переход в сверхпроводящее состояние.

В прошлом ученые установили опытным путем, что температура перехода достигает максимального значения в системе с тремя слоями оксида меди. Однако почему это так и как электроны ведут себя при этой температуре, долгое время оставалось загадкой, https://www.eurekalert.org/news-releases/1107013 EurekAlert.

Для того чтобы определить, как различные уровни легирования влияют на поведение электронов при различных температурах перехода, исследователи использовали метод фотоэмиссионной спектроскопии с разрешением по углу и синхротронным излучением. Интенсивные пучки фотонов, генерируемые синхротроном, используются для возбуждения электронов в образце материала — в данном случае, в трехслойной системе купрата. Исследователи могут измерять движение возбужденных электронов, выявляя электронную зонную структуру материала — взаимосвязь между энергией и импульсом электронов. Они также могут напрямую измерять ширину энергетической щели: когда материал становится сверхпроводящим, его электронная структура образует своего рода энергетический барьер, известный как сверхпроводящая энергетическая щель, который поддерживает электроны в стабильном состоянии и препятствует их легкому возбуждению.

«К нашему удивлению, мы обнаружили, что сверхпроводящие электроны существуют при температурах, значительно превышающих температуру перехода во внутренних плоскостях оксида меди с очень низкой концентрацией дырок», — сказал Идета, пояснив, что эта область с низким легированием и высокой сверхпроводимостью является «узловым металлом», который может продемонстрировать, как даже более высокие температуры перехода могут индуцировать сверхпроводящие электроны.

Более того, сверхпроводящая энергетическая щель, свидетельствующая о сверхпроводимости в этой системе, значительно больше, чем в обычных сверхпроводниках, заявили исследователи.

Таким образом, этот узловой металл указывает на то, что сверхпроводимость стабилизируется «эффектом близости» между двумя внешними и одним внутренним слоями оксида меди. Именно поэтому трехслойные купратные сверхпроводники демонстрируют самую высокую температуру перехода в сверхпроводящее состояние по сравнению с другими купратными сверхпроводниками.

Недавно международной команде ученых впервые удалось https://hightech.plus/2025/10/31/uchenie-prevratili-poluprov... сверхпроводящий германий, использовав молекулярно-лучевую эпитаксию для точного внедрения атомов галлия. Это открытие может привести к появлению энергоэффективных квантовых устройств и криогенной электроники.