Куперовские пары являются ключевым элементом теории сверхпроводимости. Ранее предполагалось, что взаимодействие между ними происходит лишь в редких ситуациях, и эти пары существуют в веществе обособленно. Однако современные исследования показали, что это неверно.
Сверхпроводимость, как правило, проявляется в веществах, охлажденных до очень низких температур или подвергнутых воздействию высокого давления. В соответствии с фундаментальной теорией сверхпроводимости, известной как теория БКШ, при понижении температуры ниже определенного критического значения электроны в материале формируют куперовские пары, что обеспечивает беспрепятственное протекание электрического тока.
Теория Бардина-Купера-Шиффера не способна описать поведение всех типов сверхпроводников, а также экзотические ситуации, при которых сверхпроводимость сохраняется. В рамках нового исследования, опубликованном в журнале Physical Review Letters, физикам удалось установить и описать взаимодействие между куперовскими парами, которое ранее оставалось необъясненным. Выяснилось, что эти структуры связаны между собой: состояние каждой пары определяется влиянием окружающей среды.
Согласно теории БКШ, куперовские пары распределены по всему сверхпроводнику случайным образом, и вероятность обнаружения пары электронов в определенной области пространства остается неизменной не связана с расположением других пар.
Исследователи проводили эксперименты с газом Ферми, манипулируя особым образом подготовленными и сильно охлажденными атомами лития, чтобы заставить их проявлять свойства фермионов. Электроны также принадлежат к этому классу частиц и действуют в соответствии с аналогичными принципами взаимодействия и организации пар. В связи с этим, физики нередко применяют модель ферми-газа для изучения процессов, протекающих в сверхпроводниках.
Физики заперли атомы в гексагональной оптической решетке и постоянно снимали их положение в пространстве с помощью микроскопии квантового газа с атомным разрешением, в условиях, где атомы могут перемещаться. Оказалось, после того, как атомы объединились в пары, они стали двигаться синхронно. Более того, их положение зависело от положения других пар.
Сочетающиеся атомы поддерживали определенное расстояние между собой. Исследователи провели аналогию с танцующими парами, которые сохраняют дистанцию друг от друга во время танца. Данное явление не соответствовало прогнозам теории Борна-Каппана-Штернбаха.
Чтобы убедиться в достоверности полученных данных, было выполнено численное моделирование, которое позволило воссоздать идентичную систему. Полученные результаты оказались согласованы с результатами экспериментов. Специалистам удалось определить расстояние между электронными парами.
Этот результат меняет наше фундаментальное понимание сверхпроводников и других квантовых материалов, состоящих из фермионов. Новые данные могут приблизить ученых к созданию высокотемпературных сверхпроводников.