Парадокс Hg1223: отталкивание, создающее сверхпроводимость экспресс
Сверхпроводники проводят ток без потерь, но обычно требуют предельного холода. Hg1223 — смесь ртути, бария, кальция, меди и кислорода — нарушает правило: он перестает сопротивляться току уже при –139°C. Секрет в том, что сильное электрическое отталкивание электронов заставляет их сцепляться попарно. Это похоже на переполненный вагон метро: каждый пытается сохранить дистанцию, но в тесноте люди хватаются друг за друга, чтобы не упасть, — так и электроны образуют устойчивые пары.
Давление помогает: электроны начинают чаще перескакивать между атомами, а отталкивание ослабевает, поднимая рабочую температуру до –113°C. Магнетизм, обычно враг сверхпроводимости, здесь не вредит, а упрочняет пары. Разгадка ведет к мечте — сверхпроводникам при комнатной температуре, что перевернет энергетику.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2606.08181
Triple-layer cuprate superconductor $$\mathrm{HgBa_2Ca_2Cu_3O_8}$$ (Hg1223) keeps the record of the highest superconducting (SC) critical temperature $$T_{c}\sim 134$$K among all the existing materials at ambient pressure. $$T_{c}$$ further increases under pressure up to $$T_{c}\sim 160$$K. However, its microscopic mechanism remains to be elucidated. We solve {\it ab initio} Hamiltonians for Hg1223 using a variational solver supplemented by a neural network. The pressure dependence of the $$d$$-wave SC order parameter and estimated $$T_{c}$$ show a dome-like structure in essential agreement with the experimental indications. The origin of the strong SC amplitude at ambient pressure is identified as strong local Coulomb repulsion $$U$$ attributed to poor screening. Further increase in $$T_{c}$$ under pressure is understood from interplay of three elements, namely increased electron hopping $$t$$, decreased $$U$$ and more importantly, strongly reduced offsite Coulomb repulsion $$V$$ with increasing pressure. Pairing mechanism is identified as the emergent local attraction counterintuitively generated from the originally strong local repulsion $$U$$. The emergent attraction is interpreted from ``attraction from reduced repulsion'', originating from the release of the fluctuating doubly-occupied sites characterized from the ``false vacuum'' in the Mott insulator to the double-occupation-free $$d$$-wave SC states upon carrier doping. This instantaneous attraction is in contrast with the conventional BCS SC mediated by bosonic glues. The local attraction is consistent with the electron fractionalization supported in experimental analyses. The coexistence of the SC and antiferromagnetic order is also demonstrated as a characteristic feature of the multi-layer system. The microscopic understanding of Hg1223 offers a new route explicitly using this emergent attraction to design and optimize SC materials.
Сверхпроводящая катушка может годами нести ток без внешнего источника — однажды запущенный в ней ток циркулирует почти вечно.