Ученые обнаружили скрытый дефект, который бросает вызов 40-летней науке о сверхпроводниках

Исследователи из Уорикского университета с помощью усовершенствованной трехмерной рентгеновской дифракции обнаружили, что сверхпроводящий материал, изучавшийся 40 лет, имеет гораздо более сложную внутреннюю структуру, чем считалось. Вместо однородного кристалла ученые увидели «лоскутную» картину из двух слегка различающихся атомных укладок, а разделяющие их границы оказались в сотни раз шире ожидаемого.

Работа опубликована в «Пищериэл Ревью Леттерс» (Physical Review Letters) и выполнена совместно с Европейским центром синхротронного излучения (Европейская лаборатория синхротронного излучения, ESRF) во Франции. Исследование касается купратов — медно-оксидных высокотемпературных сверхпроводников, которые проводят ток без сопротивления при необычно высоких, хотя и очень низких, температурах. Десятилетиями теории строились на допущении, что внутренняя кристаллическая структура таких материалов одинакова во всём объёме (throughout), однако новые данные показывают, что широкие переходные зоны между структурными областями могут активно влиять на электрические свойства и, вероятно, работать против сверхпроводимости.

Открытие может помочь объяснить, почему одни сверхпроводящие материалы работают лучше других, и заставит пересмотреть интерпретацию некоторых прежних объёмных измерений. В будущем теоретические модели, вероятно, должны будут учитывать реальную структурную сложность кристаллов, а не рассматривать их как идеально однородные. Учёные предполагают, что похожие скрытые структуры могут быть распространены среди других купратов и родственных материалов; развитие технологии визуализации, поддержанное модернизацией Европейской лаборатории синхротронного излучения (ESRF) стоимостью 150 млн евро, открывает путь к более точному изучению и возможному улучшению сверхпроводников для энергосистем, мощных магнитов, медицинских сканеров и квантовых технологий.