Ошибка длиной в 40 лет. Ученые выяснили, что высокотемпературные сверхпроводники имеют неоднородную структуру

Сверхпроводящие материалы способны проводить электричество без тепловых потерь, что потенциально может полностью изменить работу энергосетей, компьютерные технологии и многие другие отрасли.

Именно поэтому они представляют огромный интерес для мирового научного сообщества. Однако для широкого практического применения исследователям необходимо глубже понять принципы их работы и обеспечить стабильную стабильность при нормальных температурах и давлениях. Даже те материалы, которые сегодня классифицируются как «высокотемпературные», обычно требуют охлаждения до температур значительно ниже нуля, чтобы их работа проходила в штатном режиме.

Группа исследователей из Уорикского университета в Великобритании и Европейского центра синхротронного излучения во Франции опубликовала результаты своего последнего исследования. Оно касалось группы высокотемпературных сверхпроводников, известных как купраты.

С момента их открытия в 1986 году в научном мире царило мнение, что купраты обладают идеально однородной кристаллической структурой изнутри. Однако новые данные демонстрируют совсем другую картину: на самом деле эти материалы являются настоящей мозаикой из различных структур.

«В течение сорока лет рабочим предположением было то, что эти материалы одинаковы по всей своей структуре, и почти вся теория строилась вокруг этого», — отмечает химик Марк Сенн из Уорикского университета. По его словам, проведенные эксперименты доказали, что этот подход больше не выдерживает критики. Чтобы сделать это открытие, ученые использовали передовой метод трехмерной рентгеновской дифракции (3DXRD). Он позволяет эффективно выявлять кристаллические структуры во внутреннем объеме материала путем измерения деформаций в разных точках.

Сканирование выявило неожиданное явление: внутри материала существуют две разные атомные конфигурации, разделенные очень широкими границами, которые встречаются гораздо чаще, чем обычно считалось для подобных веществ. «Кристалл по своей сути является мозаикой и текстурой с необычайно широкими граничными областями, которые, вероятно, препятствуют сверхпроводимости, а не просто располагаются рядом с ней», — объясняет Сенн. Движение электронов играет ключевую роль в переносе тока через материал, а выявленные структуры и границы оказывают существенное влияние на то, как именно электроны образуют пары и формируют определенные упорядоченные состояния. В будущем ученые планируют применить эту же методику для изучения других классов сложных материалов.