Измеряя, насколько сильно связаны электроны для формирования куперовских пар в основанном на железе сверхпроводнике, учёные из Министерства энергетики США (United States Department of Energy) Брукхейвенской национальной лаборатории (Brookhaven National Laboratory), Корнельского университета (Cornell University) и Сент-Андрусского университета (St. Andrews University), получили подтверждение того, что благодаря магнетизму этот материал имеет возможность проводить ток без сопротивления, сообщает «WordScience.org».

Это измерение учитывает электронные группы и направления, в которых путешествуют электроны. Группы наравне с направлениями имеют важное значение в проверке теоретических предсказаний и данное исследование подтверждает, что эта теория в один прекрасный день может быть использована для идентификации или разработки новых материалов с улучшенными свойствами — а именно, сверхпроводников, работающих при температурах, превышающих сегодняшние.

Результаты данного исследования были опубликованы 4-го мая 2012-го года в журнале «Science».

«Мы могли бы взять эту теорию и подключать различные химические элементы, пока не будет найдена комбинация, работающая в качестве сверхпроводника при более высоких температурах», — сказал руководитель группы Симус Дэвис, директор «Center for Emergent Superconductivity» в Брукхевене и заслуженный профессор физических наук в Корнельском университете. Такие материалы могут быть использованы в энергосберегающих технологиях.

Учёные пытаются понять механизм, лежащий в основе так называемой «высокотемпературной» сверхпроводимости с тех пор, как открыли материалы, которые могут проводить ток без сопротивления при температуре несколько превышающей операционные области обычных сверхпроводников, которые должны быть охлаждённым почти до абсолютного нуля (0 Кельвина, или -273 ° по Цельсию). Несмотря на то, что рабочие температуры этих высокотемпературных материалов всё ещё несколько выше, чем 145 K (-130 ° C) — они дают надежду, что в один прекрасный день с такими материалами можно будет работать при комнатной температуре.

Одним из ключей, ведущих к сверхпроводимости таких материалов, является образование электронных пар. Учёные предположили, что если эти отрицательно заряженные частицы, имеющие магнитные моменты направленные в противоположные стороны, могут преодолеть взаимное отталкивание для объединения своих сил в так называемые куперовские пары — таким образом, перенося ток без каких-либо потерь.

«Многие подумают, что можно взять материалы, которые имеют переменные магнитные моменты на смежных электронах — антиферромагнитные материалы — и преобразовать их в сверхпроводники», — сказал Дэвис. Но со сверхпроводниками, основанными на медной основе, или купрате — первые высокотемпературные сверхпроводники обнаруженные примерно 25 лет назад, доказать эту гипотезу не удалось. «Можно сделать надёжный антиферромагнитный курпатный изолятор, но в таком состоянии очень трудно будет заставить соединиться магнитные электроны в пары, которые в дальнейшем должны будут передвигаться, создавая сверхпроводник», — сказал Дэвис.

После того, как в 2008-ом году были обнаружены сверхпроводники на основе железа, идея о том, что магнетизм играет важную роль в высокотемпературной сверхпроводимости была вновь поддержана.

«В каждом атоме железа имеется пять магнитных электронов», — сказал Дэвис. «Для того, чтобы узнать производят ли сверхпроводимость магнитные взаимодействия между электронами, мы должны измерить анизотропию энергетической щели — насколько сильно связаны электроны, находящиеся в паре, в зависимости от направления электронов в других электронных группах.

Теоретики Зунг-Хай Ли из Калифорнийского университета в Беркли (University of California), Питер Гиршфельд из Университета Флориды (University of Florida) и Андрей Чубуков из Университета Висконсина (University of Wisconsin) разрабатывали различные варианты теории об определённой системе измерений, которая должна присутствовать в материалах, где магнетизм является главным механизмом для сверхпроводимости.

«Наша работа состояла в проверке теорий», — сказал Дэвис. «Но, изначально у нас не было техники, чтобы провести все измерения. Нам пришлось изобретать её», — добавил он.

Два учёных, работающих с Дэвисом, Милан П. Аллан (Milan P. Allan) и Андреас В. Рост (Andreas W. Rost) из Сент-Андрусского университета (University of St Andrews) — выяснили, как провести эксперименты и идентифицировали основанный на железе материал, в котором можно было проверить ранние предположения.

«Склеивающая сила, соединяющая пары, отличается на различных диапазонах. На каждом диапазоне она зависит от направления, в котором путешествуют электроны», — сказал Дэвис.

«Это первое экспериментальное доказательство направленное от электронной структуры в поддержку теории о том, что механизм для сверхпроводимости в основанных на железе сверхпроводниках объясняется прежде всего магнитными взаимодействиями», — сказал он.

На следующем этапе учёные определят, является ли верной эта теория и для других, основанных на железе сверхпроводников. «Сейчас мы работаем над этим», — сказал Дэвис.

Если эти эксперименты покажут, что теория действительно верна, то данная модель может быть использована для предсказания свойств других элементов и их комбинаций и в идеале укажет дорогу к новым техническим материалам и высокотемпературным сверхпроводникам.