Сверхпроводники — это материалы, через которые электричество может протекать без какого-либо сопротивления, если они охлаждаются ниже определенной критической температуры. Наиболее технологически актуальный класс материалов с исключительно высокими критическими температурами для сверхпроводимости пока плохо изучен.
Однако есть свидетельства того, что для возникновения сверхпроводимости определенный тип частиц — фермионы — должен образовать пары. Более того, исследования показали, что материалы, которые становятся сверхпроводящими при относительно высоких температурах, имеют слоистую структуру. «Это означает, что электроны в этих системах могут двигаться только в двухмерных плоскостях», — объясняет профессор д-р Селим Йохим из Института физики Гейдельбергского университета, возглавляющий проект. «До сих пор мы не понимали, как взаимодействие пар и размерностей может привести к более высоким критическим температурам».Чтобы изучить этот вопрос, исследователи из Центра квантовой динамики провели эксперименты, в которых они заключили газ ультрахолодных атомов в двумерные ловушки, которые они создали с помощью сфокусированных лазерных лучей. «В твердотельных материалах, таких как оксиды меди, существует множество различных эффектов и примесей, которые затрудняют изучение этих материалов.
Вот почему мы используем ультрахолодные атомы для моделирования поведения электронов в твердых телах. Это позволяет нам создавать очень чистые образцы и дает нам полный контроль над основными параметрами системы », — говорит Пунит Мерти, аспирант Центра квантовой динамики Гейдельбергского университета и один из ведущих авторов этой публикации.Используя метод, известный как радиочастотная спектроскопия, исследователи измерили реакцию атомов на импульс радиоволн. По этому ответу они могли точно сказать, были ли частицы спарены и каким образом.
Эти измерения проводились также для разной силы взаимодействия между фермионами. В ходе экспериментов исследователи обнаружили экзотическое состояние материи.
Теория утверждает, что фермионы со слабым взаимодействием должны спариваться при температуре, при которой они становятся сверхпроводящими. Однако, когда ученые увеличили взаимодействие между фермионами, они обнаружили, что спаривание происходит при температурах, в несколько раз превышающих критическую температуру.«Чтобы достичь нашей конечной цели лучшего понимания этих явлений, мы начнем с небольших систем, которые мы собираем атом за атомом», — говорит профессор Йохим.
В исследовательском проекте также участвовали ученые из Института теоретической физики Гейдельбергского университета и из Университета Саймона Фрейзера в Ванкувере (Канада).