Исследователи из Стэнфордского института материаловедения и энергетических наук (SIMES) и лаборатории SLAC Министерства энергетики США изучили высокотемпературную сверхпроводимость в купратах, выявив ограничения модели Хаббарда, которая описывает взаимодействие электронов в квантовых материалах. Купраты сохраняют сверхпроводимость при температурах до -138 °C, что значительно выше, чем у традиционных сверхпроводников, и делает их перспективными для технологий. Однако механизм их сверхпроводимости остается неясным.
Ученые сосредоточились на одномерных системах купратов, упростив задачу. В 2021 году они обнаружили, что притяжение между электронами в таких системах в 10 раз сильнее, чем предсказывает модель Хаббарда, что указывает на наличие дополнительной силы. В новом эксперименте они изучили спиноны — частицеподобные объекты, представляющие спин электронов, и подтвердили, что модель Хаббарда не объясняет их поведение. Добавление дополнительной силы притяжения улучшило соответствие данных.
Исследователи предполагают, что эта сила может быть связана с взаимодействием электронов и фононов — вибраций в кристаллической решетке. Однако для подтверждения этой гипотезы необходимы дальнейшие эксперименты. Работа подчеркивает, что модель Хаббарда недостаточна для объяснения сверхпроводимости даже в одномерных системах, что ставит под сомнение ее применимость в более сложных двумерных структурах купратов.
На иллюстрации изображено неожиданно сильное притяжение между электронами в соседних местах решетки в одномерной цепи оксида меди, или купрата — материала, который проводит электрический ток без потерь при относительно высоких температурах в своих двумерных аналогах. В недавнем исследовании ученые из Стэнфорда и SLAC использовали рентгеновские лучи для изучения поведения пар спинонов — квазичастиц, которые представляют спин электрона. Этот эксперимент дает еще одно доказательство необычайно сильной силы притяжения, не учитываемой моделью Хаббарда, ведущей теорией для предсказания поведения электронов в твердых телах. Авторы говорят, что модель не в состоянии объяснить динамику электронов в купратах, даже в упрощенных, одномерных системах. Изображение: SCI-HUA.
Дополнительная информация: Jiarui Li et al, Doping Dependence of 2-Spinon Excitations in the Doped 1D Cuprate Ba2CuO3+δ, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.146501. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2502.21316
Источник: Longstanding model fails to explain spin dynamics in 1D cuprates