Физик Эрика Карлсон, адъюнкт-профессор Университета Пердью (США), провела исследование, показавшее, что дефектные области в сверхпроводниках по форме являются фракталами. Их дальнейший анализ позволит осуществить прорыв в области сверхпроводников.

Обычно исследователи хотят получить чистый, совершенный образец сверхпроводника без каких бы то ни было дефектов — областей, где сопротивление всё же существует. А вот г-жа Карлсон решила поближе взглянуть на свойства и структуру самих дефектов — и обнаружила много неожиданного.

Рис. 1. Эрика Карлсон и изображение образцов фракталов, обнаруженных ею в сверхпроводниках на базе меди и кислорода (фото Университета Пердью).

На поверхности сверхпроводника дефектные зоны выглядят случайно, хаотично разбросанными. В исследованном образце сверхпроводящих кристаллов на базе меди и кислорода толщина таких дефектных линий не превышала четырёх атомов. Изучение линий как элементов дефектной структуры в целом показало, что речь идёт не об отдельных изъянах, а о систематическом едином дефекте, имеющем форму фрактала (скажем, обычной снежинки).

Эрика с коллегами рассматривала параллельные дефектные линии в веществе как «кластеры», которые после выявления стали складываться во фрактальные структуры. Причём эта структура не совпадала со структурой самого кристалла сверхпроводника, хотя и пронизывала его изнутри. «Этот материал — керамика, как, скажем, тарелка на вашем обеденном столе, и ему нет никакого дела до того, чтобы проводить электричество, но при определённых условиях он всё же проводит энергию, причём с нулевыми потерями», — замечает г-жа Карлсон.

Электроны, содержащиеся в этих видимых на поверхности сверхпроводника линиях, вели себя совершенно иначе, чем в остальных точках материала.

«Когда вы думаете о фрактале, представьте себе скомканный кусок бумаги, — поясняет учёный. — У него больше чем два измерения, как у плоского листа, и он входит в три измерения, но не может заполнить всё пространство, в котором расположен, поэтому это не настоящий твёрдый шар. Фракталы могут занимать только часть измерения. Кроме того, они состоят из повторяющихся структур, воспроизводящих их крупномасштабную структуру на всех уровнях меньшего масштаба».

Как отмечает исследовательница, установление фрактальной природы дефектов сверхпроводников означает, что это не столько «дефекты», сколько имманентно присущие исследованным типам проводников структуры, отказ от учёта которых при построении теории сверхпроводимости — серьёзная ошибка, ведущая к тому, что у нас до сих пор нет достоверной теории сверхпроводников.

Именно сосредоточившись на изучении структур таких фрактальных дефектов, научное сообщество сможет наконец построить такую теорию высокотемпературных сверхпроводников, которая позволит создать устойчиво работающий и по-настоящему высокотемпературный материал с нулевым сопротивлением.

В ближайшее время Эрика Карлсон намерена проверить существование дефектов фрактальной формы в других типах сверхпроводников.