Магнетизм и сверхпроводимость: неожиданный союз экспресс
С помощью лазерной спектроскопии — метода, который можно сравнить с прослушиванием эха от кристалла — физики исследовали слоистый материал. Они нашли участки, где электроны движутся свободно (карманы Ферми), и заметили, что каждый такой участок ведёт себя по-своему.
Раньше магнитный порядок, при котором спины электронов выстраиваются в строгую шеренгу, считали врагом сверхпроводимости — там электронам трудно объединяться в пары. Но здесь эти двое не просто уживаются: сверхпроводимость расцветает прямо внутри намагниченной зоны. Магнетизм не мешает, а словно аккомпанирует парному танцу электронов, словно строгий учитель, который вдруг начинает подыгрывать ученическому дуэту.
При переходе в сверхпроводящее состояние энтропия (мера беспорядка) системы резко падает — порядок нарастает. И вот неожиданный поворот: в одном из слоёв энергетическая щель (порог, который нужно преодолеть, чтобы разорвать пару) достигла 42 мэВ — аномально много для такого материала. Это открытие перечёркивает теории, которые создавали Бардин и Ландау, и показывает, что стандартная модель слишком проста для описания высокотемпературной сверхпроводимости. Практическая цель — провода без потерь.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском 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.
Материал относится к купратам — первому типу сверхпроводников, работающих при охлаждении жидким азотом (–196°C). Их открытие в 1986 году вызвало сенсацию, сравнимую с космической гонкой, и породило лавину документальных фильмов.
В фантастике сверхпроводники — ключ к левитирующим поездам и вечной энергии. Открытие союза с магнетизмом делает эти мечты немного реальнее.