المغناطيسية والموصلية الفائقة: تحالف غير متوقع سريع
باستخدام مطيافية الليزر — وهي طريقة تشبه الاستماع إلى صدى الصوت من البلورة — درس الفيزيائيون مادة ذات طبقات. ووجدوا مناطق تتحرك فيها الإلكترونات بحرية (جيوب فيرمي)، ولاحظوا أن كل منطقة منها تسلك سلوكًا خاصًا بها.
في السابق، كان النظام المغناطيسي، حيث تصطف سبينات الإلكترونات في صف منتظم، يُعتبر عدوًا للموصلية الفائقة، إذ يصعب على الإلكترونات أن تتحد في أزواج. لكن هنا، لا يتعايش الاثنان فحسب، بل تزدهر الموصلية الفائقة داخل المنطقة الممغنطة تمامًا. المغناطيسية لا تعيق، بل تبدو وكأنها ترافق الرقصة المزدوجة للإلكترونات، مثل معلم صارم يبدأ فجأة بمصاحبة ثنائي من التلاميذ.
عند التحول إلى حالة الموصلية الفائقة، تنخفض الإنتروبيا (مقياس الفوضى) للنظام بشكل حاد، ويزداد النظام. وهنا المفاجأة: في إحدى الطبقات، بلغت فجوة الطاقة (العتبة التي يجب تجاوزها لفصل الزوج) 42 ميلي إلكترون فولت، وهي كمية كبيرة بشكل غير عادي لمثل هذه المادة. هذا الاكتشاف يبطل النظريات التي وضعها باردين ولانداو، ويُظهر أن النموذج القياسي أبسط من أن يصف الموصلية الفائقة عالية الحرارة. والهدف العملي هو أسلاك دون فقدان للطاقة.
الملخص الأصلي
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2606.08643
The intricate relationship between high temperature superconductivity and antiferromagnetic order in cuprates, and the fundamental origin of electron pairing remain open questions. By utilizing high-resolution laser-based spatially-resolved angle-resolved photoemission spectroscopy, we investigate the seven-layer $$Bi_{2}Sr_{2}Ca_{6}Cu_{7}O_{18+\delta}$$ (Bi2267) and identify a cuprate system that consists of multiple hole Fermi pockets. The observed Fermi pockets exhibit pronounced momentum-, temperature- and Fermi surface-dependent energy gaps. Crucially, high temperature superconductivity with a critical temperature ($$T_{\mathrm{c}}$$) of $$\sim$$75 K emerges in a system with multiple Fermi pockets and the presence of strong antiferromagnetic order and correlations. In particular, substantial electron pairing is observed along the Fermi pocket with an energy gap up to $$\sim$$42 meV in lightly-doped CuO$$_{2}$$ planes ($$p\sim$$0.05). These findings challenge the conventional understanding of the roles of the nodal and antinodal electronic states in driving high-temperature superconductivity. They show that superconductivity and antiferromagnetism can coexist in a cuprate with multiple Fermi pockets, offering further insights into the pairing mechanism in cuprate superconductors.
تنتمي المادة إلى مجموعة الكوبرات — وهي النوع الأول من الموصلات الفائقة التي تعمل عند تبريدها بالنيتروجين السائل (-196 درجة مئوية). وقد أحدث اكتشافها عام 1986 ضجةً تُضاهي سباق الفضاء، وأدى إلى إنتاج سيل من الأفلام الوثائقية.
في الخيال العلمي، تُعد الموصلات الفائقة مفتاحًا للقطارات المغناطيسية المعلقة والطاقة الأبدية. اكتشاف تحالفها مع المغناطيسية يجعل هذه الأحلام أقرب قليلاً إلى الواقع.