Физики из Университета Ватерлоо в Канаде приблизились к тому, чтобы переписать теорию возникновения сверхпроводимости на атомном уровне, выявив новые свойства сверхпроводящих материалов.

Ученые исследовали высокотемпературные сверхпроводники с содержанием меди и доказали, что электроны в этих соединениях могут выстраиваться в определенные симметричные структуры. "В последние несколько лет стало понятно, что электроны при сверхпроводимости могут образовывать упорядоченные узоры, полосы или рисунки в виде шахматной клетки, демонстрируя различные уровни симметрии, — рассказал один из авторов работы профессор Дэвид Хауторн (David Hawthorn). — Эти узоры и структуры важны для сверхпроводимости — они могут конкурировать с ней, сосуществовать или даже усиливать ее".

Сверхпроводимость является свойством некоторых сложных веществ, когда при охлаждении до определенной температуры их электрическое сопротивление падает до полного нуля. Однозначное теоретическое объяснение сверхпроводимости, которое полностью описывало бы механизм его возникновения, пока не создано.

Канадским ученым удалось доказать, что электроны в сверхпроводниках могут проявлять так называемую нематичность — находиться в самоорганизованном состоянии, которое нарушает упорядоченность кристаллической решетки материала. В обычном состоянии электроны равномерно распределены по всей кристаллической решетке вещества, но при сверхпроводимости они группируются в облака с высокой и низкой плотностью, образуя определенную симметричную структуру.

Ученым удалось показать, что добавление различных примесей в медные высокотемпературные сверхпроводники сказывается на свойствах электронов проявлять нематичность. Например, добавление стронция, латана или европия ведет к усилению или ослаблению нематичности в состоящем из оксида меди слое сверхпроводника.

И хотя у ученых пока нет единого объяснения тому, как именно возникает электронная нематичность в сверхпроводниках, в дальнейшем они рассчитывают научиться точно "настраивать" ее с помощью изменения кристаллической решетки веществ. Это может открыть дорогу к разработке давней мечты физиков — веществу, которое обладает сверхпроводимостью при комнатной температуре. Такое вещество позволит передавать электричество на сколь угодно большие расстояния без потерь, создавать сверхбыстрые компьютеры, а также транспортные средства на основе эффекта так называемой квантовой левитации.

Квантовой левитацией обычно называют способность магнита устойчиво парить над сверхпроводником. Она возникает благодаря свойству сверхпроводников полностью выталкивать магнитное поле из своего объема. На сегодняшний день все сверхпроводники требуют охлаждения до критической температуры, поэтому опытные образцы устройств, использующих эффект квантовой левитации, пока чрезвычайно дороги.