Совместное исследование Лаборатории SLAC и Стэнфордского университета показало, что в высокотемпературных сверхпроводниках на медной основе — купратах — заряд электронов и их спин принимают вид полосок, извивающихся подобно руслу рек в пересечённой местности.

О существовании в купратах полос, в которых локализуются отрицательный заряд либо одинаковый спин электронов (образуя зоны намагниченности) было известно и раньше, хотя их влияние на сверхпроводимости оставалось неясно. Они наблюдались только при температурах вблизи абсолютного нуля, и в этих условиях они были стационарны.

Выполненный в SLAC численный эксперимент впервые продемонстрировал, что полосы существуют и при более высоких температурах, только они менее чётко выражены и непрерывно флуктуируют. Обнаружить такие полосы стало возможно только благодаря компьютерной симуляции, проделанной в прежде недостижимом масштабе и с беспрецедентной точностью. Авторы открытия рассказали о нем на страницах журнала Science.

«Есть основания полагать, что полосы заряда и спина могут быть тесно связаны с возникновением высокотемпературной сверхпроводимости в этих материалах, которые открыли 30 лет назад, но до сих пор не смогли понять или обьяснить», — сообщил Эдвин Хуан (Edwin Huang), аспирант-физик Стэнфорда. По его мнению, открытие флуктуирующих полос в реалистичной компьютерной модели предоставит шанс поверить многие теории о связи таких полос со сверхпроводимостью.

Моделирование показывает, что полосы возникают при температурах до 600 °C в широком диапазоне вариантов легирования и являются универсальным явлением для купратных сверхпроводников. Достоверность симуляции физических процессов подтверждается её хорошей согласованностью с экспериментами по рассеянию нейтронов в этих материалах.

Результаты исследования также применимы к магнитам, ферроэлектрикам и инновационным «квантовым» материалам, в которых спонтанно развивается неоднородная структура подобного типа.