Исследование купратов показало, что пары электронов в нетрадиционных сверхпроводниках вместе удерживают спиновые колебания. Международная группа ученых использовала необычный «диагностический» метод, чтобы определить, какие квантовые явления удерживают электроны в сверхпроводниках вместе. Исследование показало, что основной вклад вносят спиновые флуктуации.

Одно и то же явление можно описать по-разному, объясняют авторы работы. Чтобы выбирать лучшую модель из нескольких возможных исследователи из Института физики твердого тела Венского технического университета еще в 2015 году предложили теоретический метод, который можно использовать для определения наилучшего взгляда на нерешенные вопросы физики твердого тела.

Авторы работы объясняют принципы этого метода на следующем примере. Движение объектов в Солнечной системе можно представить из разных систем отсчета. Если поставить в центр Землю и определять остальные объекты относительно нее, физика становится очень сложной. Но если поместить Солнце в центр модели, теоретическое описание станет намного более элегантным и содержательным.

Ученые использовали свой подход для исследования сверхпроводимости в купратах. Это группа сложных соединений на основе меди, относящаяся к нетрадиционным сверхпроводникам. Электрическое сопротивление в таких материалах, как и у обычных сверхпроводников, резко падает до нуля при охлаждении ниже определенной температуры. В таком состоянии электроны твердого тела должны соединиться в пары, несмотря на взаимное отталкивание из-за одинакового заряда. Это квантовое физическое явление может быть вызвано различными механизмами.

Спиновые флуктуации создают упорядоченную модель, а зарядовые напоминают модель Солнечной системы с Землей в центре. Изображение: Веннский технологический университет

В своей работе исследователи рассмотрели два возможных варианта: спиновые и зарядовые флуктуации в качестве основы связи электронов. Это явления, связанные с отклонением локального значения спиновой плотности или плотности заряда от ее среднего значения. Ученые показали, что только в случае, если в основе взаимодействия лежат спиновые флуктуации, можно создать модель, которая точно описывает наблюдения.

Если вы измените перспективу и сосредоточитесь на флуктуациях заряда, вы получите размытое и, по существу, бесполезное представление, –

Алессандро Тоски, соавтор исследования.