Fysiker observerade först bildandet av par från hål i okonventionella supraledare

Forskare från Max Planck Institute for Quantum Optics bekräftade hypotesen om inverkan av magnetiska krafter på

brist på motstånd vid hög temperatursupraledare. De var de första att observera bildandet av par av laddningsbärare (hål), som är ansvariga för överföringen av elektrisk ström i sådana material.

För deras experiment använde fysikerkvantsimulator: en kvantdator som återskapar fysiska system. För att göra detta placerade de ultrakalla atomer i ett vakuum med hjälp av laserstrålning på ett sådant sätt att de efterliknar elektroner i en förenklad modell.

Atomernas spinn var ordnade med en variabelriktning. Tack vare detta skapades en antiferromagnetisk struktur, som är karakteristisk för många högtemperatursupraledare. Forskarna stabiliserade materialet med hjälp av magnetisk interaktion och "optimerade" modellen genom att minska antalet atomer i systemet. Således bildades hål (vakanser) i atomstrukturen.

Fysiker har använt ett kvantgasmikroskop,att observera beteendet hos hål i systemet. Detta är en enhet som låter dig visualisera kvanteffekter och de minsta förändringarna i atomer. Studien bekräftade att hål som kom nära varandra bildade par baserat på magnetisk interaktion.

Mekanism för kommunikationsbindning i magnetiskt ordnadsystem. De röda och blå sfärerna är snurr med motsatt orientering, de skuggade ränderna som förbinder sfärerna visar den magnetiska ordningen. De vita sfärerna är hål. När hålet rör sig, som visas i (i) och (ii), stör det den magnetiska ordningen. Men om det andra hålet är anslutet till det första, som i (iii), bibehålls den magnetiska ordningen trots laddningsbärarnas rörelse. Bild: Max Planck Institute of Quantum Optics 

Hög temperatur supraledning - nollelektriskt motstånd i enskilda material vid en relativt hög temperatur - upptäcktes för mer än 40 år sedan. Men hittills har fysiker inte helt förstår de kvantfysiska mekanismerna för denna process.

För laddningsöverföring i supraledare,bildandet av par av laddningsbärare - elektroner eller hål. I traditionella supraledare som arbetar vid låga temperaturer är atomgittervibrationer som kallas fononer ansvariga för denna process, förklarar fysiker, men i högtemperatursupraledare kan en sådan mekanism inte fungera. Den nya studien bekräftar en av de möjliga hypoteserna.

Fysiker planerar att förfina modellen för att observera inte bara bildandet av par av laddningsbärare, utan också deras rörelse genom kristallgittret.

Läs mer:

En gigantisk solfläck vänder sig mot jorden. Det är synligt för blotta ögat

Se hur ett bladlöst plan flyger. Dess hastighet överstiger 900 km/h

"Glossar" i corona föregår solflammor

På omslaget: en konstnärlig illustration av hål sammankopplade av systemets magnetiska egenskaper. Bild: C.Hohmann, Munich Center for Quantum Science and Technology