Физики представили теорию полуторной сверхпроводимости

Численное моделирование впервые позволило выстроить подробнейшую и стройную модель взаимодействия электронов в материалах, нарушающих общепринятую классификацию сверхпроводников.

Речь о так называемых сверхпроводниках полуторного рода. Они одновременно обладают свойствами сверхпроводников родов I и II, а ведь эти два типа материалов долгие годы считались непримиримыми антагонистами и единственно возможными вариантами сверхпроводящих веществ.

Сложное передвижение электронов в сверхпроводниках полуторного рода. Стрелки показывают скорость частиц (иллюстрация Егора Бабаева).

Отличаются они, в частности, по реакции на попытку внешнего магнитного поля проникнуть внутрь, по картине распределения сверхпроводящих электронов (бегающих по поверхности или в толще материала), которая возникает, когда достаточно сильное поле всё же начинает разрушать состояние сверхпроводимости.

Однако в последние годы учёные нашли, что в некоторых случаях поведение электронов и их реакция на внешнее поле могут занимать промежуточное положение между первым и вторым типами сверхпроводников (отсюда определение «род 1,5»). И объяснить такое явление никак не удавалось.

Теперь физик Егор Бабаев из университета Массачусетса, некогда и предсказавший существование сверхпроводников и сверхпроводимости полуторного рода, вместе с коллегами из США и Швеции сумел выстроить теорию для таких материалов.

Оказывается, в них электроны можно поделить на две конкурирующие популяции, в одной из которых частицы ведут себя так, как они действовали бы в сверхпроводнике первого рода, а в другой, соответственно, второго.

Это довольно сложно принять, поскольку сами электроны везде одинаковые. И всё же, как рассказывает PhysOrg.com, электроны в полуторных сверхпроводниках делятся на два вида.

Первые частицы формируют плотно упакованные сгустки в толще вещества (как торнадо в типе II), а вторые «растекаются» потоками по поверхности этих пучков (подобно тому, как в сверхпроводниках первого рода электроны путешествуют по поверхности самого материала). Эти слоёные вихревые образования отделяются друг от друга пустотами без вихрей, течений и магнитного поля.

В зависимости от свойств материала можно получить различную картину взаимодействия электронов в толще сверхпроводника, относящихся, условно, к первому и второму роду сверхпроводимости (иллюстрация Егора Бабаева).

Бабаев и его соратники провели суперкомпьютерное моделирование таких кластеров электронов и показали, что при определённых условиях между вихрями начинают действовать силы, придающие всей системе красивую и сложную картину.

Егор полагает, что некоторые из недавно открытых сверхпроводников могут принадлежать именно к полуторному типу.

Новая теория должна помочь в определении этой принадлежности и, конечно, в объяснении наблюдаемых явлений. Эта работа, к слову, появилась в год столетия открытия сверхпроводимости.

Детали нового исследования поместились аж в три статьи в Physical Review B — 1, 2, 3.