Необычные соединения меди под общим названием купраты, которые известны в первую очередь как высокотемпературные сверхпроводники, проявляют исключительные свойства и при обычных условиях. Ученые уже выяснили, что вдали от перехода в сверхпроводящее состояние эти вещества не похожи на другие металлы тем, как их сопротивление зависит от температуры. Оказалось, что они также уникальным образом взаимодействуют с магнитным полем. Результаты исследования изложены в журнале Science.

Сверхпроводимость — это макроскопическое квантовое явление, благодаря которому электрическое сопротивление некоторых веществ резко падает до нуля при охлаждении до определенной температуры. Исторически первыми открытыми сверхпроводниками были чистые металлы — ртуть (подробнее об этом можно прочитать в заметке о нобелевском лауреате 1913 года Хейке Камерлинг-Оннесе), свинец и олово. Температуры их переходов очень низки и отличаются от абсолютного нуля лишь на несколько кельвинов. В конце XX века был открыт новый класс сверхпроводников — купраты, которые теряли сопротивление при десятках кельвинов, а рекордсмены — даже при 130 (около —140 °C). Они сразу привлекли большое внимание физиков, но полноценной теории, которая объяснила бы этот эффект в купратах, не существует до сих пор. Дело в том, что к ним неприменима теория Бардина—Купера—Шриффера, которая описывает сверхпроводимость в простых случаях.

Вне сверхпроводящего состояния купраты похожи на металлы, но и отличаются от них. Для обычных металлов при низких температурах (но выше показателя, после которого происходит переход в сверхпроводящее состояние) характерна квадратичная зависимость сопротивления от температуры. В то же время сопротивление купратов меняется линейно вплоть до перехода. В новой работе ученые описывают еще одно отличающееся от металлов свойство купратов — взаимодействие с магнитным полем. Для металлов теория также предсказывает квадратичную зависимость сопротивления от внешнего магнитного поля, а купраты опять изменяют свои свойства линейно.

Авторы работы проводили эксперименты с тонкими пленками купрата лантана, допированного стронцием. Линейная зависимость была подтверждена на диапазоне магнитных полей вплоть до 80 тесла.

«Линейную зависимость от температуры в обобщении описания обычных металлов на случай более сложных систем можно интерпретировать по-разному, — говорит руководитель коллектива Аркадий Шехтер из Университета штата Флорида (США). — С другой стороны то, что эта необычная зависимость точно установлено, оставляет меньше места для спекуляций. Насколько мне известно, теоретики до сих пор озадачены этим».