Ученые впервые смогли напрямую наблюдать квантовое поведение, лежащее в основе сверхпроводимости, — состояния, при котором электрический ток течет без сопротивления благодаря образованию пар электронов. Однако увиденное оказалось неожиданным: пары атомов в эксперименте двигались не независимо, а скоординированно, что не укладывается в рамки классической теории, пишет ScienceDaily.
В ходе исследования международная группа специалистов использовала специально подготовленный ферми-газ — облако атомов, охлажденных почти до абсолютного нуля. В такой системе атомы ведут себя подобно электронам, что позволяет моделировать сверхпроводимость в контролируемых условиях.
После того как атомы образовали пары, исследователи обнаружили, что их движение не случайно: положение каждой пары зависело от соседних. Это противоречит 70-летней теории Бардина-Купера-Шриффера (БКШ), за которую была присуждена Нобелевская премия и которая предполагает, что пары действуют независимо.
«Наш эксперимент показал, что в этой теории качественно чего-то не хватает», — отмечает руководитель исследования Тарик Йефсах из Лаборатории Кастлера Бросселя во Французском национальном центре научных исследований (CNRS).
Сверхпроводимость — ключ к созданию энергоэффективных электросетей и электроники. Однако пока она возможна только при экстремально низких температурах. Классическая теория БКШ объясняет, как электроны образуют пары, но не описывает их взаимодействие между собой. С помощью новой методики визуализации ученые получили снимки парных атомов лития. Оказалось, что пары располагаются не хаотично, а поддерживают определенное расстояние друг от друга, словно танцоры на паркете, избегающие столкновений. Квантовое моделирование подтвердило эти наблюдения.
Результаты исследования углубляют понимание природы сверхпроводимости и могут приблизить ученых к созданию материалов, работающих при комнатной температуре. Это открыло бы путь к революции в передаче энергии и вычислительной технике. «Понимая этот простой случай, мы можем усовершенствовать наши инструменты для изучения более сложных систем», — заключает соавтор работы Шивэй Чжан из Института Флэтайрон.
Ранее ученые создали революционный прибор для съемки сверхбыстрых явлений. Подробнее о принципах его работы рассказали в другом материале Hi-Tech Mail.
