Ток без потерь — давняя мечта энергетики. Некоторые материалы становятся сверхпроводниками, но обычно лишь при экстремальном холоде. Недавно в семействе никелатов — соединений на основе никеля — обнаружили кандидатов, которые работают при более высоких температурах. Группа теоретиков взяла три таких вещества (с лантаном, празеодимом и неодимом) и просчитала их поведение «с нуля», без подгонки под эксперимент.

Расчёт вскрыл неожиданную картину. Электроны в этих кристаллах образуют пары не за счёт тепловых колебаний атомной решётки, как в обычных сверхпроводниках. Вместо этого работает коллективное магнитное возбуждение — спиновые флуктуации. Они похожи на волну, которая прокатывается по строю электронных спинов и заставляет их двигаться синхронно. Если этот механизм «выключить» в модели, сверхпроводимость исчезает: критическая температура падает до 0,01 кельвина — холоднее, чем в межзвёздном пространстве.

Главный результат — предсказанная форма сверхпроводящей щели. Она напоминает четырёхлепестковый цветок: в одних направлениях энергия связи электронов максимальна, в других — падает до нуля. Такой узор возникает из-за пиков отклика электронной жидкости на углах зоны Бриллюэна — своеобразной карты разрешённых состояний электрона в кристалле. Расчёты хорошо согласуются с уже имеющимися экспериментами, а детальные предсказания для сканирующей туннельной микроскопии ждут проверки в лаборатории.

Магнитный танец электронов, а не дрожь атомов, открывает путь к сверхпроводимости в никелатах. Это меняет взгляд на целый класс материалов.