Высокотемпературная сверхпроводимость остаётся загадкой, несмотря на 40-летнюю историю. Около 40 лет назад был открыт новый класс материалов, способных проводить электричество не только при температурах близких к абсолютному нулю (0 К или -273°C), но и при значительно более высоких, хотя и ниже комнатных. Эти материалы уже применяются в технологиях, но явление до конца не изучено. Хорошо известна роль специфических взаимодействий между носителями заряда, позволяющих им плавно скользить по кристаллической решётке.
Международная группа учёных из BESSY II под руководством профессора Александра Фёлиша измерила энергию пар носителей заряда в нелегированном La₂CuO₄. Образцы, предоставленные Римским университетом, состояли из чередующихся слоёв оксида меди (CuO) и оксида лантана (LaO). При легировании чужеродными атомами материал переходит в сверхпроводящее состояние ниже 40 К, где сверхпроводимость возникает в CuO-слоях, а LaO остаются изолирующими. Ключевую роль играют кислородные дырки — недостающие электроны вокруг атомов кислорода.
Эксперимент проводился на BESSY II с использованием времяпролётных спектрометров и оже-спектроскопии фотоэлектронных совпадений. Специальные рентгеновские импульсы (PPRE) с интервалом в сотни наносекунд позволили точно измерить взаимодействия на атомах кислорода при комнатной температуре. Первый автор, доктор Данило Кюн, объяснил: «Мы хотели выяснить, насколько сильны взаимодействия в двух оксидных слоях. Наш метод выборочно анализировал CuO-слой, показав, что энергии взаимодействия там значительно ниже, чем в LaO-слоях».
Результаты, опубликованные в Nature Communications, углубляют понимание высокотемпературной сверхпроводимости и могут помочь в изучении других функциональных материалов.
Короткий импульс возбуждает пару носителей заряда в атомах кислорода (красный цвет).
Его энергию можно измерить. Источник: Д. Кюн / HZB.
Дополнительная информация: Danilo Kühn et al, Direct observation of the on-site oxygen 2p two-hole Coulomb energy in La2CuO4, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-65314-w
Источник: https://phys.org/news/2025-11-carrier-pairs-cuprate-compounds-high.html