«Странные металлы» имеют совершенно новый тип электропроводности

Преодоление электрического сопротивления в электронных схемах — это постоянная задача для инженеров и физиков, в поисках улучшения современных технологий. До сих пор неиспользуемый новый металл показал впечатляющие свойства электропроводности и может революционизировать микроэлектронику следующего поколения.

Оксид лантана-стронция-меди (OLSC) формула La-Sr-Cu-O представляет собой металл для сверхпроводников завтрашнего дня. Действительно, при погружении в сильное магнитное поле этот материал обладает необычными свойствами электропроводности. Исследование OLSC приведёт учёных к лучшему пониманию работы высокотемпературных сверхпроводников (HTS).

В отличие от низкотемпературных сверхпроводников, HTS состоят из комбинации материалов, которые позволяют электронам свободно перемещаться через частицы в проводящей структуре. Однако, хотя используется термин «высокая температура» , HTS всё ещё требует температуры ниже -135 °C; для низкотемпературных сверхпроводников необходима температура выше -240 °C.

Высокотемпературные сверхпроводники (HTS) состоят из сверхпроводящего материала, который зажат между слоями других материалов с различными свойствами.

Тестирование границ HTS однажды включит их в наши повседневные технологии. Однако их свойства до сих пор мало известны учёным. Но команда физиков из Национальной лаборатории высокого магнитного поля в Университете штата Флорида достигла некоторых интересных результатов, которые могли бы предложить раннее объяснение того, как работает HTS. Открытие было опубликовано в журнале Science.

Купраты: материалы с необычными свойствами

В большинстве металлов электроны взаимодействуют с окружающими частицами с образованием квазичастиц. Они обладают обычными свойствами электронов, а также дополнительными свойствами. В сверхпроводниках электроны попарно попадают через электрон-фононные взаимодействия с образованием куперовских пар; эти квазичастицы находятся в начале явления сверхпроводимости (нулевое электросопротивление).

Материалы из оксида меди — купраты — образуют категорию HTS. Они принимают форму тонкого слоя оксида меди в тисках между другими материалами, легирующими проводящий слой. При правильной температуре эта комбинация становится тем, что учёные называют «странными металлами». Странность возникает из необычной взаимосвязи между постоянным падением температуры и электрическим сопротивлением атомов структуры.


Кристаллические структуры некоторых сверхпроводящих материалов на основе купратов.

Для большинства металлов при увеличении температуры каждая дополнительная степень добавляет к комплексу такое же количество электрического сопротивления. Эта линейная зависимость исчезает при низкой температуре. Но это не относится к купратам. Даже при низкой температуре сохраняется странная линейная зависимость между температурой и электрическим сопротивлением.

Странная связь между сопротивлением и магнитной интенсивностью

Физики исследовали связь между электрическим сопротивлением и интенсивностью окружающего магнитного поля. Предыдущие исследования уже испытали влияние магнетизма на купраты, но ни один из них не испытал влияние изменений магнитной интенсивности на купраты.

Авторы исследования поставили кусок оксида лантана-стронция-меди в магнитном поле 80 тесла — в 50 раз интенсивнее магнитного поля, создаваемого обычным медицинским сканером.
Изменение магнитного поля показало странную линейную зависимость, связанную с электрическим сопротивлением. Это сходство не воспринималось физиками как совпадение. «Обычно, когда вы видите подобное, это означает, что за этим стоит очень простой принцип» — говорит физик Аркадий Шехтер.

Поиск пропорционального увеличения сопротивления с магнитной интенсивностью также предполагает корреляцию с динамикой электронов ; ранее выдвинутая гипотеза требуюет экспериментальных доказательств.

Корреляция между электронами, по-видимому, исключает какую-либо роль независимых квазичастиц. В этом процессе работает новое явление, отличное от обычной электропроводности.

«Мы столкнулись с проблемой, которую не можем описать текущим физическим языком. Нам нужно найти новый язык для описания этих материалов». С развитием новых теоретических инструментов физики должны уметь углублять свои знания о HTS или даже создавать материалы с ещё более необычными свойствами.