Классическая теория сверхпроводимости БКШ, разработанная Джоном Бардином, Леоном Купером и Робертом Шриффером, описывает механизм, при котором электроны объединяются в куперовские пары и движутся без сопротивления. Однако она не даёт ответа на давний вопрос: почему превосходные проводники, такие как золото и медь, никогда не переходят в сверхпроводящее состояние даже при температурах, близких к абсолютному нулю. Новое исследование предлагает изящное объяснение, основанное на концепции жёсткости электронной «простыни» — своеобразной среды, по которой перемещаются электроны. Эта аналогия упрощает картину, представляя коллективное поведение электронов как упругую поверхность: если она тугая, неровности кристаллической решётки заставляют электроны «спотыкаться» и рассеивать энергию — это и есть электрическое сопротивление. Для возникновения сверхпроводимости простыня должна быть мягкой, словно плёнка на воде, способная идти волнами и подстраиваться под движение частиц. Когда жёсткость, определяемая квантовыми взаимодействиями, становится отрицательной, простыня уже не препятствует движению, а подталкивает электроны, позволяя им скользить без трения.

Исследователи выяснили это, проанализировав, как электронная плотность реагирует на возмущения в разных металлах. Оказалось, что все элементы можно разделить на три группы по жёсткости их электронной простыни. Первая группа демонстрирует усиленную сверхпроводимость — здесь простыня настолько податлива, что порождает короткие волны, эффективно связывающие электроны в пары. Вторая группа — металлы с обычной сверхпроводимостью, где волны становятся бесконечно длинными, что соответствует стандартному механизму БКШ. Третья группа — металлы вроде золота и меди, где простыня не гнётся вовсе: хаотичное тепловое движение электронов, усиленное жёсткостью среды, мешает им объединиться в куперовские пары. Так простое правило, основанное на фундаментальных свойствах электронной жидкости, впервые позволяет предсказать сверхпроводящее поведение любого элемента периодической таблицы.