Сверхпроводящий материал — это материал, который ниже определенной температуры теряет все электрическое сопротивление (равное нулю). При погружении в магнитное поле высокотемпературные сверхпроводники (high-Tc) позволяют этому полю проникать в виде нитевидных областей, называемых вихрями, в которых материал больше не является сверхпроводящим. Каждый вихрь представляет собой вихрь электронных токов, генерирующих собственное магнитное поле и в котором электронная структура отличается от остального материала.
Сосуществование, а не конкуренция
Некоторые теоретические модели описывают высокотемпературные сверхпроводники как соревнование между двумя фундаментальными состояниями, каждое из которых развивает свою собственную спектральную сигнатуру. Первый характеризуется упорядоченным пространственным расположением электронов. Вторая, соответствующая сверхпроводящей фазе, характеризуется электронами, собранными попарно.
«Однако, измеряя плотность электронных состояний с помощью локальной туннельной спектроскопии, мы обнаружили, что спектры, которые были приписаны исключительно сердцевине вихря, где материал не находится в сверхпроводящем состоянии, также присутствуют в других местах, то есть в областях, где существует сверхпроводящее состояние. Это означает, что эти спектроскопические сигнатуры не происходят в ядрах вихря и не могут конкурировать со сверхпроводящим состоянием », — объясняет Кристоф Реннер, профессор кафедры квантовой физики материи факультета естественных наук UNIGE. "Таким образом, это исследование ставит под сомнение мнение, что эти два государства конкурируют, как в основном предполагалось до сих пор. Вместо этого они оказываются двумя сосуществующими состояниями, которые вместе вносят вклад в измеренные спектры », — говорит профессор Реннер. Действительно, физики из UNIGE показали, используя инструменты теоретического моделирования, что экспериментальные спектры можно идеально воспроизвести, рассматривая суперпозицию спектроскопической сигнатуры сверхпроводника и этой другой электронной сигнатуры, выявленной в результате этого нового исследования.
Это открытие — прорыв в понимании природы высокотемпературного сверхпроводящего состояния. Это ставит некоторые теоретические модели, основанные на конкуренции двух вышеупомянутых государств, в затруднительное положение.
Это также проливает новый свет на электронную природу ядер вихрей, которая потенциально влияет на их динамику. Владение этой динамикой, и особенно закреплением вихрей, зависящих от их электронной природы, имеет решающее значение для многих приложений, таких как сильнопольные электромагниты.