Австрийские учёные выяснили природу поведения электронов в сверхпроводнике в особых условиях. В результате исследования была найдена причина необычного действия элементарных частиц, а также создана модель, описывающая это действие.
Некоторые материалы пропускают электрический ток без сопротивления только при очень низких температурах — это явление называют низкотемпературной сверхпроводимостью. Обнаружение материала, сохраняющего сверхпроводящие свойства при комнатной температуре, могло бы вызвать технологическую революцию. ищут такие высокотемпературные сверхпроводники.
Хорошо изучаемый класс высокотемпературных сверхпроводников — купраты — демонстрирует неожиданное явление. В них электроны перемещаются только в ограниченном числе направлений. Допустимые квантово-физически состояния электронов располагаются на кривых, называемых дугами Ферми.
Дуги Ферми прерываются внезапно в некоторых местах, что до сих пор не объясняется обычными теоретическими моделями. Учёные из Технического университета Вены смогли создать аналитическую модель процессов в купратах и объяснить причину разрыва дуг Ферми.
Разрыв в последовательности разрешенных состояний электронов объясняют антиферромагнитные взаимодействия атомов. Антиферромагнетизм означает, что магнитное направление одного атома противонаправлено направлению его соседа. Магнитные моменты электронов разных атомов выстраиваются чередуясь — как на шахматной доске, где каждая клетка имеет цвет, отличающийся от соседних.
Группа исследователей выяснила, что упорядоченная магнитная структура вызываёт необычное поведение электронов, зависящее от направления движения. представилиМодель, которая объясняет резкое прекращение работы ферми-дуг и ограниченность движения электронов в данных материалах конкретными направлениями.
С помощью сложных компьютерных симуляций была создана аналитическая модель, описывающая эффект простой формулой. опубликовано в журнале Physical Review Letters.
На дугах Ферми электронные состояния постоянны, однако в точке разрыва наблюдаются сложные явления. В той области поверхности Ферми (геометрического представления энергетического пространства, где электроны могут реализовать максимально допустимые в данном материале энергии), образуетсяРазрыв формируется по модели Латтингера. Эту область невозможно точно описать с помощью стандартных моделей, поскольку там действуют особые законы для электронов.
Обнаружение механизма формирования разрыва важно для понимания поведения электронов в материалах с высокотемпературной сверхпроводимостью, так как дуги Латтингера свидетельствуют о кардинальных изменениях в структуре электронных состояний. Исследование этих дуг помогает ученым глубже понять влияние квантовых взаимодействий на движение частиц в сверхпроводниках, что открывает возможности для разработки новых материалов с улучшенными свойствами.