Сверхпроводники — поразительные материалы, свойства которых проявляются при крайне низких температурах. Тогда сопротивление проходящего сквозь них электрического тока становится нулевым. Однако физика этого процесса не до конца понятна. Новая теория, предложенная японскими учеными, лучше объясняет свежие экспериментальные данные, чем существующая теория сверхпроводимости.
В современной физике принято рассматривать сверхпроводимость с точки зрения теории Бардина — Купера — Шриффера (теория БКШ). В этой модели частицы могут формировать куперовские пары, связанные и противодействующие рассеянию. Однако теория БКШ не объясняет все типы сверхпроводников, что ограничивает нашу способность создавать более надежные сверхпроводящие материалы, работающие при комнатной температуре, пишет Phys.org.
Ученые из Цукубского университета предлагают новую модель сверхпроводимости, которая лучше раскрывает физические принципы. Вместо куперовских пар в ее основу легло «соединение Берри». Этот инструмент оценивает скручивание пространства там, где движутся электроны.
«В стандартной теории БКШ происхождение сверхпроводимости — это спаривание электронов. В этой теории сверхток определен как бездиссипативный поток спаренных электронов, тогда как отдельные электроны все еще испытывают сопротивление», — пояснил профессор Хирояши Коидзуми.
В качестве примера физики приводят эффект Джозефсона, когда сверхпроводящий ток протекает через тонкий слой диэлектрика, разделяющий два сверхпроводника. Хотя он широко применяется в высокоточных детекторах магнитных полей и квантовых компьютерах, этот эффект не вписывается полностью в теорию БКШ.
«В новой теории роль спаривания электронов — стабилизировать соединение Берри, а не быть причиной самой сверхпроводимости, а сверхток — это поток отдельных и спаренных электронов, созданный в результате скручивания пространства, где движутся электроны, вызванного соединением Берри», — сказал профессор Коидзуми.
Открытие японских ученых может привести к прогрессу в квантовых компьютерах и энергетике.
В 2019 группа американских ученых поставила под сомнение теорию сверхпроводимости. Они обратили внимание, что выше критической температуры сверхпроводники ведут себя странно. В металлической фазе электроны ведут себя не как независимые частицы, как в нормальных металлах, а как группы.
Читайте по теме. Инновационный сверхпроводник усиливает мощность ветротурбин, снижая потери энергии
