Высокотемпературная сверхпроводимость до сих пор до конца не изучена. Международная исследовательская группа в BESSY II измерила энергию пар носителей заряда в не легированном La₂CuO₄. Их результаты показали, что энергии взаимодействия внутри потенциально сверхпроводящих слоёв оксида меди значительно ниже, чем в изолирующих слоях оксида лантана. Эти результаты способствуют лучшему пониманию высокотемпературной сверхпроводимости и могут быть актуальны для исследований других функциональных материалов.
Исследование [опубликовано](https://www.nature.com/articles/s41467-025-65314-w) в журнале Nature Communications.
Около 40 лет назад внезапно стал известен новый класс материалов: высокотемпературные сверхпроводники. Эти материалы могут проводить электричество без потерь не только при температурах, близких к абсолютному нулю (0 Кельвин или минус 273 градуса Цельсия), но и при гораздо более высоких температурах, хотя всё ещё значительно ниже комнатной температуры.
Такие материалы уже используются в технике. Однако явление до сих пор до конца не изучено. Хорошо известна роль специфических взаимодействий между носителями заряда, которые обеспечивают их плавное скольжение через кристаллическую решётку при определённых условиях.
Международная группа под руководством профессора Александра Фёлиша в BESSY II точно измерила энергию пар носителей заряда на атомах кислорода в эксперименте. Образцы из Римского университета состояли из чередующихся слоёв оксида меди и оксида лантана с молекулярной формулой La₂CuO₄.
Когда это соединение легируют чужеродными атомами, оно может стать сверхпроводящим ниже 40 Кельвин, причём сверхпроводимость возникает в слоях CuO, в то время как слои LaO остаются изолирующими. Предполагается, что недостающие электроны вокруг атомов кислорода, известные как кислородные дырки, играют центральную роль в сверхпроводимости. Измерения проводились на не легированном La₂CuO₄ при комнатной температуре.
«Мы хотели выяснить, насколько сильны взаимодействия между носителями заряда в двух разных слоях оксида и как они различаются», — объясняет первый автор доктор Данило Кюн, проводивший измерения в BESSY II в рамках совместной лаборатории Уппсалы и Берлина.
Для эксперимента команда использовала времяпролётные спектрометры с уникальной конфигурацией для обнаружения электронных пар с помощью спектроскопии совпадений оже-фотоэлектронов. Специальные импульсы рентгеновского излучения (импульсы PPRE) воздействовали на образец с интервалом в несколько сотен наносекунд, оставляя достаточно времени для тщательного измерения процессов взаимодействия, которые происходят в миллионы раз быстрее.
«Наш метод позволил нам точно проанализировать эти взаимодействия, поскольку мы выборочно наблюдаем за соответствующим слоем оксида меди», — говорит Кюн. Энергии взаимодействия были значительно ниже в слое оксида меди — ключевом для сверхпроводимости — чем в изолирующих слоях оксида лантана.
«Эти результаты помогают нам лучше понять механизмы высокотемпературной сверхпроводимости», — объясняет Александр Фёлиш и добавляет: «Этот метод измерения также может дать представление о других функциональных материалах».
Предоставлено Helmholtz Association of German Research Centres.