Найдено элегантное решение загадки "странных металлов", проводящих электричество экзотическими способами

Физики наконец-то разгадали тайну уникального поведения "странных металлов", проводящих электричество нетрадиционным образом. По мнению физика Аавишкара Пателя, этот прорыв может открыть путь к созданию более совершенных сверхпроводников для квантовых компьютеров.

Странные металлы проявляют особые свойства при прохождении через них электрического тока. При экстремально низких температурах эти металлы становятся сверхпроводниками, то есть оказывают нулевое сопротивление потоку электронов. Обычные металлы, напротив, испытывают увеличение сопротивления при повышении температуры.

Однако отличительной особенностью странных металлов является их еще большее сопротивление потоку электронов при высоких температурах, несмотря на то, что при низких температурах они являются сверхпроводниками. При повышении температуры странного металла он достигает критической точки, где сопротивление внезапно резко возрастает. После этой точки сопротивление продолжает увеличиваться прямо пропорционально температуре, образуя на графике прямую линию. Исследование было опубликовано в журнале Science 

Для объяснения такого нетрадиционного поведения Патель и его коллеги из различных университетов США предлагают использовать сочетание квантовой запутанности и случайности. Под квантовой запутанностью понимаются корреляции между частицами, которые придают им общую идентичность. В странных металлах пары запутанных электронов, называемые парами Купера, обладают волнообразными свойствами, которые позволяют им легче перемещаться по решетке атомов при низких температурах.

Однако расположение атомов в странных металлах также является относительно случайным. При повышении температуры неравномерное распределение куперовских пар заставляет их течь в разных направлениях, хаотизируя их импульс и приводя к дополнительному сопротивлению при столкновении.

Это взаимодействие между запутанностью и неоднородностью является новым эффектом, который ранее не рассматривался ни для одного материала, говорит Патель. Простота этого объяснения ставит под сомнение неоправданно сложные схемы, которые ранее предлагались для объяснения поведения странных металлов.

Загадочное поведение странных металлов впервые было обнаружено в керамических кристаллах, известных как купраты, в 1986 году. Физики Георг Беднорц и Алекс Мюллер, синтезировавшие этот материал, были удостоены Нобелевской премии за свое открытие. Это достижение послужило толчком к поиску других материалов с аналогичными свойствами, что привело к созданию различных сверхпроводящих материалов.

Однако современные сверхпроводящие материалы работают только при сверхнизких температурах, что требует громоздкой и дорогостоящей инфраструктуры. Это ограничение не позволяет использовать их в широких масштабах.