Открытые в 2008 г. железосодержащие сверхпроводники возродили интерес к одной из самых интригующих физических проблем современности — построению теории высокотемпературной сверхпроводимости.
Главной загадкой на пути понимания и преодоления этой проблемы остаются неизвестные и не понятые до сих пор процессы внутри вещества, которые ответственны за его сверхпроводящее состояние и которые позволяют ему иметь высокую критическую температуру, — температуру перехода из нормального состояния в сверхпроводящее.
Японские ученые в журнале Physical Review Letters опубликовали экспериментальную работу, результаты которой могут внести некоторую определенность в понимание этих внутренних механизмов сверхпроводимости и их взаимосвязи с высокой критической температурой.
Сверхпроводимость характеризуется отсутствием электрического сопротивления и идеальным диамагнетизмом — абсолютным непроникновением магнитного поля внутрь материала. Она возникает у веществ, которые имеют температуру ниже определенного, характерного только для них значения. Такая температура называется критической (Tc).
Хотя сверхпроводимость была открыта голландским ученым Хейке Камерлинг-Оннесом еще в начале прошлого века (в 1911 г.), объяснено это явление было лишь спустя почти 50 лет (в 1957 г.). Создателями теории сверхпроводимости принято считать Джона Бардина, Леона Купера и Джона Шриффера. Они установили, что вещество становится сверхпроводящим благодаря объединению электронов проводимости в пары (именуемые куперовскими) и их дальнейшей синхронизации. Иными словами, все электроны ведут себя как единое целое — ни один из электронов не стремится в этом состоянии показать свою «индивидуальность» — и благодаря этому обтекают без какого-либо сопротивления кристаллическую решетку вещества.
Появление куперовских пар обусловлено сложным взаимодействием ионов кристаллической решетки и электронов. Электроны обмениваются «почти» безмассовыми частицами (квазичастицами) фононами — квантами колебательного движения ионов. Термин «почти» приходится употреблять, поскольку фононы не могут существовать в свободном состоянии, их жизнь ограничена кристаллической решеткой. В результате обмена квазичастицами между электронами появляется притяжение, что в свою очередь приводит к образованию куперовских пар.