Результаты опубликованы 24 ноября 2013 года в журнале Nature Physics.Группу ученых возглавили Матьё Ле Такон и Бернхард Кеймер из Института исследования твердого тела Макса Планка в Штутгарте (Германия), и в ее состав вошли ученые из Политехнического университета Милана (Италия), Технологического института Карлсруэ (KIT) и Европейского союза. Синхротрон (ESRF) в Гренобле, Франция.Высокотемпературная сверхпроводимость была открыта почти тридцать лет назад и начинает находить все более практические применения.
Эти материалы очаровали ученых с момента их открытия. Для более практического применения необходимо понять происхождение их удивительных свойств и найти способы расчета критической температуры.
Ключевым элементом этого понимания является процесс, который заставляет электроны объединяться в так называемые «куперовские пары», когда материал охлаждается ниже критической температуры. В классических сверхпроводниках эти куперовские пары образуются благодаря электрон-фононному взаимодействию, взаимодействию между электронами, несущим электрический ток, и коллективным колебаниям атомов в материале.
Чтобы понять роль этого взаимодействия в высокотемпературных сверхпроводниках, Матье Ле Такон и его коллеги взяли на себя задачу изучить эти атомные колебания при охлаждении материала ниже критической температуры. «Изучение электрон-фононной связи в этих сверхпроводниках всегда является деликатной задачей из-за сложной структуры материалов», — говорит Алексей Босак, ученый ESRF и член команды. Он добавляет: «Вот почему мы разработали двухуровневый подход, позволяющий буквально найти иголку в стоге сена».Большой сюрприз был сделан после исследования электрон-фононной связи. «С точки зрения амплитуды связь на самом деле является самой большой из когда-либо наблюдавшихся в сверхпроводнике, но она происходит в очень узком диапазоне длин волн фононов и при очень низкой энергии колебаний атомов», — добавляет Мэтью Ле Такон. «Это объясняет, почему никто не мог этого увидеть до того, как был разработан двухуровневый подход рассеяния рентгеновских лучей».
Поскольку электрон-фононное взаимодействие происходит в такой узкой области длин волн, оно не может «помочь» двум электронам соединиться в куперовскую пару. Следующим шагом будет проведение систематических наблюдений во многих других высокотемпературных сверхпроводниках. «Хотя теперь мы знаем, что электрон-фононное взаимодействие не способствует их сверхпроводимости, неожиданный размер эффекта — мы называем его гигантским электрон-фононным взаимодействием — оказался ценным инструментом для изучения взаимодействия между сверхпроводимостью и другими Мы надеемся, что это позволит лучше понять происхождение высокотемпературной сверхпроводимости, которая до сих пор остается одной из больших загадок науки », — заключает Матье Ле Такон.