Без преувеличения можно назвать настоящим прорывом уникальный эксперимент, проведенный на Европейском рентгеновском лазере на свободных электронах EuXFEL (Германия) международной командой ученых под руководством профессора МИФИ Алексея Менушенкова. Его результаты, опубликованные в престижном журнале Physical Review Research, могут поставить точку в объяснении феномена высокотемпературной сверхпроводимости.
Отметим, что само по себе явление сверхпроводимости, впервые наблюдавшееся еще в начале XX века при температуре близкой к абсолютному нулю (-273.15 С, 0 градусов Кельвина), стало одним из самых «громких» открытий физики. С тех пор этот феномен всегда манил ученых, ведь его реализация позволяет кардинально решать проблему гигантских потерь энергии при ее передаче.
Поэтому мировой сенсацией 1986 года стало сообщение, что эффект сверхпроводимости удалось получить при высокой температуре, около 35 К в оксидных системах на основе меди (купратах). Значение этого открытия подчеркивает сам факт, что его авторам Георгу Беднорцу и Карлу Мюллеру уже в 1987 году была присуждена Нобелевская премия.
С тех пор достигнуты колоссальные успехи в практическом применении высокотемпературных сверхпроводящих купратов, они используются в самых разных отраслях науки и техники, в частности, в медицине, транспорте, двигателях, накопителях энергии и т.д.
В то же время с высокотемпературной сверхпроводимостью сложилась странная ситуация. Она уверенно завоевывает все новые рубежи, а единого объяснения самого явления у науки нет. Хотя традиционная низкотемпературная сверхпроводимость была много лет назад описана в теории Бардина-Купера-Шрифера. Она утверждает, что при очень низких температурах в так называемом импульсном пространстве электроны образуют связанные пары. Такие тандемы не рассеиваются на дефектах и примесях, что и гарантирует току нулевое сопротивление.
Click here to preview your posts with PRO themes ››
Эта теория работает для низкотемпературной сверхпроводимости, но не объясняет феномен высокотемпературной, хотя почти сразу после ее открытия учеными были предложены десятки гипотез. Как и принято в науке, к истине она идет разными путями. В данном случае ученые обратили внимание, что в высокотемпературном «семействе» наряду с купратами (на основе меди) есть и другие — на основе бария и висмута (BaBiO 3). Причем они обладают целым набором аномальных свойств.
Более 20 лет назад профессор МИФИ Алексей Менушенков, проводя на синхротронном излучении серию экспериментов, предложил неожиданную гипотезу: в BaBiO 3 в пары связываются не только электроны, но и «дырки». (Дырка образуется после того, как электрон покидает атом, имеет положительный заряд). Так родилась идея эксперимента. «Если спаренность электронов и дырок существует, то при ее резонансном разрушении мощным лазерным импульсом должны кардинально измениться спектры рентгеновского поглощения освободившихся носителей зарядов», — объяснил «РГ» ученый.
Для проведения такого эксперимента требовалось уникальное оборудование. Он стал возможным после того, как с самым активным участием России был построен Европейский рентгеновский лазер на свободных электронах EuXFEL. Работая на этой уникальной установке команда Алексея Менушенкова впервые в мире получила прямое доказательство существования спаривания носителей заряда в реальном пространстве.
Здесь важно отметить, что эти эксперименты проведены только на «семействе» BaBiO 3, не охватывали купраты. Однако, поскольку те и другие обладают одинаковой структурой и свойствами, то, по мнению авторов, результаты уникального эксперимента серьезно приближают науку к пониманию природы высокотемпературной сверхпроводимости.