Физики обнаружили скрытое взаимодействие в сверхпроводниках

Куперовские пары — фундамент сверхпроводимости. Именно они позволяют электрическому току течь без сопротивления. Долгое время считалось, что такие пары существуют почти независимо друг от друга и взаимодействуют лишь в редких случаях. Новое исследование показывает: это представление было неполным.

Согласно теории БКШ, при охлаждении материала ниже критической температуры электроны объединяются в куперовские пары и образуют особое квантовое состояние. В этой модели пары распределены по веществу случайно и не «чувствуют» друг друга.

Однако в реальных материалах сверхпроводимость ведет себя сложнее, чем предсказывает базовая теория. Именно поэтому физики продолжают искать эффекты, которые в нее не укладываются.

В новой работе, опубликованной в Physical Review Letters, ученые обнаружили ранее незамеченное взаимодействие между куперовскими парами. Оказалось, что они не просто сосуществуют, а ведут себя согласованно: положение и движение каждой пары зависит от других.

Эксперимент провели на ультрахолодном ферми-газе — системе, где атомы лития имитируют поведение электронов. Такие модели позволяют буквально «увидеть» квантовые эффекты, которые в твердых телах напрямую наблюдать невозможно.

Атомы поместили в оптическую решетку и отслеживали их движение с атомным разрешением. Когда частицы объединялись в пары, их поведение резко менялось: они начинали двигаться синхронно и держаться на расстоянии друг от друга.

Исследователи сравнили это с танцующими парами на балу: каждая движется в общем ритме, но при этом избегает столкновений с другими. Такой коллективный эффект теория БКШ не предсказывает.

Численное моделирование подтвердило наблюдения и позволило количественно описать расстояния между парами.

Открытие меняет представление о природе сверхпроводимости и указывает на то, что даже в «классических» квантовых системах могут скрываться дополнительные уровни организации.

В перспективе это может помочь в создании новых материалов — в том числе высокотемпературных сверхпроводников, которые работают без экстремального охлаждения.

Источник: Физики нашли взаимодействие, пропущенное в основной теории сверхпроводимости — Naked Science