Исследование, только что опубликованное в журнале Nature Communications учеными из Миланского политехнического института, Технологического университета Чалмерса в Гетеборге и Римского университета Сапиенца, проливает свет на одну из многочисленных загадок высокотемпературных сверхпроводников на основе меди: даже при температурах выше критической они ведут себя по-особому, как «странные» металлы. Это означает, что их электрическое сопротивление изменяется с температурой иначе, чем у обычных металлов.

Исследование намекает на существование квантовой критической точки, связанной с фазой, названной «странным металлом».

Квантовая критическая точка определяет конкретные условия, при которых материал претерпевает внезапное изменение своих свойств, обусловленное исключительно квантовыми эффектами. Как лед тает и становится жидким при нуле градусов Цельсия из-за микроскопических температурных эффектов, так и купрат превращается в «странный» металл из-за квантовых флуктуаций заряда, — прокомментировал Риккардо Арпайя, научный сотрудник кафедры микротехнологий и нанонауки Чалмерса и ведущий автор исследования.

Исследование основано на экспериментах по рассеянию рентгеновских лучей, проведенных на европейском синхротроне ESRF и на британском синхротроне DLS. Они показали существование флуктуаций плотности заряда, влияющих на электрическое сопротивление купратов таким образом, что делают их «странными». Систематическое измерение того, как изменяется энергия этих флуктуаций, позволило определить значение плотности носителей заряда, при котором эта энергия минимальна: квантовую критическую точку.

Это результат более чем пятилетней работы. Мы использовали методику под названием RIXS, в значительной степени разработанную нами в Миланском политехническом институте. Благодаря многочисленным измерительным кампаниям и новым методам анализа данных мы смогли доказать существование квантовой критической точки.

Лучшее понимание купратов поможет разработать еще более совершенные материалы с более высокими критическими температурами, а значит, их будет легче использовать в технологиях завтрашнего дня, — добавляет Джакомо Гирингелли, профессор физического факультета Миланского политехнического института и координатор исследования.

Серджио Капрара вместе со своими коллегами с физического факультета Римского университета Сапиенца разработал теорию, которая отводит флуктуациям заряда ключевую роль в купратах. Он заявил:

Это открытие представляет собой важное достижение в понимании не только аномальных свойств металлического состояния купратов, но и все еще неясных механизмов, лежащих в основе высокотемпературной сверхпроводимости.