Группа ученых Научно-технического университета Китая совершила прорыв в области квантовой физики и высокотемпературной сверхпроводимости после обнаружения и количественного описания псевдощели в куперовской паре – явления, которое уже почти 20 лет остается предметом оживленных дебатов. Обзор исследования, проведенного под руководством профессоров Pan Jianwei, Yao Xingcan и Chen Yu’ao, был опубликован в журнале Nature 7 февраля 2024 года.

Исследование феномена псевдощели

Высокотемпературными сверхпроводниками называют группу материалов, способных проводить электрический ток без сопротивления (или с нулевым сопротивлением) при температурах, которые превышают критические температуры сверхпроводящего перехода других сверхпроводников. Псевдощель представляет собой энергетическую щель, которая возникает при температуре, превышающей температуру сверхпроводящего перехода. Для того чтобы объяснить это загадочное явление, были предложены различные теории, но сложность дальнейшего изучения материалов на квантовом уровне препятствует достижению научного консенсуса.

Идеальные газы Ферми

Китайская команда ученых решила применить новый подход к изучению псевдощели. В качестве платформы для квантового моделирования были использованы идеальные газы Ферми. Особенностями этих газов являются их чистота и управляемость, благодаря которым удается избежать целого ряда сложностей, возникающих при наличии решеточных структур и конкурирующих квантовых взаимодействий, обычно наблюдаемых в твердых материалах.

Преодоление экспериментальных ограничений

С целью преодоления ограничений, возникавших в предыдущих экспериментах, исследователи применили современные технологии приготовления идеальных газов Ферми и стабилизации магнитных полей. За счет этого им удалось провести фотоэмиссионную спектроскопию с импульсным разрешением, которая позволила наблюдать за появлением псевдощели.

Последствия исследования для теории высокотемпературной сверхпроводимости

Результаты, полученные учеными, подтверждают теорию сверхпроводимости на основе электронных пар и имеют немаловажное значение для понимания явления высокотемпературной сверхпроводимости. Среди перспективных направлений будущих исследований можно выделить изучение величины зазора спаривания электронов, времени жизни пары и скорости рассеяния одной частицы. Полученные сведения могут быть использованы для построения новой теории многих тел.

Помимо этого, исследование проливает свет на феномены взаимодействующих квантовых систем и закладывает основу для изучения других низкотемпературных квантовых состояний. Таким образом, наука постепенно прокладывает путь к новым достижениям в области квантовых вычислений и физики конденсированного состояния вещества.

По материалам bnnbreaking.com