Пробив във физиката: нов квантов симулатор за изучаване и прогнозиране на свръхпроводимостта

Екип от учени от Китайската академия на науките, използвайки квантов симулатор, за първи път визуализира явление, което разкрива механизмите, лежащи в основата на високотемпературните свръхпроводници. Откритията слагат край на 20-годишни спорове и могат да доведат до пробив във физиката на свръхпроводимостта. Те дават отговор на въпроса защо някои материали губят електрическото си съпротивление при високи температури.

Специалисти от Китайския университет за наука и технологии са наблюдавали и анализирали явлението „псевдопрорез“ в газовия модел. Това е енергиен прорез, който притежават някои материали със свойства на свръхфлуид или свръхпроводник. Досега това явление учените не са могли да визуализират, пише SCMP. Псевдопрорезът може да помогне да се обясни защо някои материали губят електрическото си съпротивление при високи температури. Изясняването на този въпрос ще позволи да се стигне до практическото използване на свръхпроводимостта.

Успехът на учените стана възможен след разработването на система за квантова симулация, базирана на висококачествен газ на Ферми, както и на измервателна система с безпрецедентна, според изследователите, стабилност. Литиево-дисперсиевият газ, модел със свойства на свръхфлуид, за първи път потвърди съществуването на псевдопрорез в парите.

Тази експериментална платформа проправя пътя за по-нататъшни експерименти за квантова симулация и разбиране на механизмите на високотемпературните свръхпроводници. Ферми-газът, състоящ се от много невзаимодействащи фермиони, може да се използва за моделиране на системи с много тела, съдържащи голям брой взаимодействащи частици.
Свръхстудените ферми-газове при изключително ниски температури могат да проявяват свръхпроводимост като свръхпроводящи материали. Когато такива вещества се охлаждат, електроните образуват двойки. Разделянето на тези двойки води до загуба на свръхпроводимостта. Съществуването на две енергийни състояния, при които материалите или имат свръхпроводимост, или не, означава, че съществува така наречената енергийна празнина между основното и възбуденото състояние на електроните.

В конвенционалните свръхпроводници енергийната разлика съществува под температурата на фазовия преход към свръхпроводимост. При високотемпературните свръхпроводници обаче енергийната разлика може да бъде по-висока и тя се нарича псевдоразминаване. Приетата теория на свръхпроводимостта не обяснява нейното съществуване. Физиците, които в продължение на 20 години изучават свръхстудените газове, се опитват да наблюдават поведението на псевдопрореза. Най-накрая те успяха.