Переполненный автобус, где каждый пассажир — электрон. В сверхпроводнике пассажиры объединяются в пары и движутся слаженно, без потерь энергии. Но в высокотемпературных сверхпроводниках, таких как купраты, эта идиллия работает только при добавлении лишних пассажиров. Если же кого-то высадить, пары начинают вести себя странно.
Авторы работы построили карту состояний для модели Хаббарда. Эта модель имитирует слоистые медь-кислородные плоскости. Для расчётов они применили мощный метод — тензорные сети. На стороне с избытком электронов проявилась чёткая область d-волновой сверхпроводимости. Здесь пары образуют клеверный лист по силе связи. А на дырочной стороне, где электронов не хватает, устойчивой сверхпроводимости нет. Вместо этого там бурлят флуктуации пар с волной зарядовой плотности. Это состояние называют парной плотностной волной (ППВ).
Главное отличие таких пар — они движутся с ненулевым суммарным импульсом. Его значение примерно равно (0, π). Это похоже на двух пловцов, которые гребут не в унисон, а с постоянным сдвигом. Их общий центр масс смещается. Обычные куперовские пары в сверхпроводнике имеют нулевой импульс. Они как два конькобежца, держащиеся за руки и скользящие прямо. А ППВ-пары напоминают танцоров, выполняющих па с продвижением по залу.
Работа впервые даёт полную температурную картину. Она согласуется с предыдущими исследованиями при нулевой температуре. И проливает свет на давнюю асимметрию: почему сверхпроводимость в купратах так капризна. Она зависит от того, добавляем мы электроны или убираем. Возможно, именно ППВ-флуктуации мешают дырочным купратам стать сверхпроводниками при более высоких температурах. Но при этом сами флуктуации могут быть предвестниками нового типа сверхпроводящего порядка. Так странное поведение пар в переполненном автобусе без нескольких пассажиров оказывается ключом к будущим открытиям.
Пара электронов с ненулевым импульсом — это как если бы два бегуна в эстафете передавали палочку не стоя на месте, а постоянно смещаясь вбок, и при этом их командный центр всё время двигался.
В романе «Ложная слепота» Питера Уоттса инопланетные существа используют квантовые эффекты для обработки информации — возможно, пульсирующие пары с импульсом могли бы стать основой для экзотических квантовых вычислений.