Теория объясняет фазу перехода к сверхпроводимости, или фазе «псевдощели», которая является одним из последних препятствий на пути развития сверхпроводников следующего поколения и одной из основных нерешенных проблем теоретической физики конденсированного состояния.Их работа была опубликована в журнале Science.Сверхпроводимость — это явление, при котором электричество течет без сопротивления и без потерь энергии. Большинство материалов необходимо охлаждать до сверхнизких температур с помощью жидкого гелия, чтобы достичь сверхпроводящего состояния.
В команду входят профессор Роджер Мелко, профессор Дэвид Хоторн и докторант Лорен Хейворд с факультета физики и астрономии Ватерлоо, а также профессор физики Гарвардского университета Субир Сачев. Роджер Мелко также возглавляет канадскую кафедру вычислительной квантовой физики многих тел.
«Это удивительное научное сотрудничество на самом деле произошло случайно за обедом в Институте периметра между мной и Субиром», — сказал Хоторн.Боярышник показал Сачдеву свои последние экспериментальные данные о сверхпроводящем материале из меди и элементов иттрия и бария. Материал YBa2Cu3O6 + x имел необъяснимую температурную зависимость.
У Сачдева была теория, но для ее доказательства требовалась помощь экспертов со сложным набором расчетов. Вот тут-то и вмешались Мелко и Хейворд и разработали компьютерный код для решения уравнений Сачдева.Мелко и Сачдев уже знали друг друга через Институт периметра, где Мелко является ассоциированным преподавателем, а Сачдев — приглашенным заведующим кафедрой выдающихся исследований.«Все результаты были получены в течение нескольких недель», — сказал Мелко. «Это действительно говорит о синергии, которую мы имеем между Ватерлоо и Perimeter Institute».
Чтобы понять, почему сверхпроводимость при комнатной температуре остается такой неуловимой, физики обратили внимание на фазу, которая возникает непосредственно перед тем, как сверхпроводимость вступает во владение: таинственная фаза «псевдощели».«Понимание псевдощели так же важно, как и понимание самой сверхпроводимости», — сказал Мелко.Купрат YBa2Cu3O6 + x является одним из немногих материалов, которые, как известно, обладают сверхпроводимостью при более высоких температурах, но ученым пока не удается добиться сверхпроводимости в этом материале при температуре выше -179 ° C. Это новое исследование показало, что YBa2Cu3O6 + x колеблется между двумя квантовыми состояниями во время псевдощели, одно из которых связано с флуктуациями волны зарядовой плотности.
Эти периодические колебания в распределении электрических зарядов дестабилизируют сверхпроводящее состояние выше критической температуры.Как только материал охлаждается ниже критической температуры, сила этих колебаний падает, и состояние сверхпроводимости вступает во владение.Сверхпроводящие магниты в настоящее время используются в аппаратах МРТ и сложных ускорителях частиц, но стоимость охлаждающих материалов с использованием гелия делает их очень дорогими. Материалы, которые достигают сверхпроводимости при более высоких температурах, могут открыть доступ к технологиям для новых интеллектуальных электрических сетей и усовершенствованных накопителей энергии.
Группа планирует расширить свою работу как теоретически, так и экспериментально, чтобы лучше понять фундаментальную природу купратов.