Дробовой шум в купрате BSCCO: пары электронов возникают при энергии псевдощели

Группа под руководством Милана Аллана из Мюнхенского университета Людвига–Максимилиана и Ингмара Сварта из Утрехтского университета измерила дробовой шум тока, втекающего в купратный сверхпроводник, сообщает arstechnica.com со ссылкой на работу в Science. arstechnica.comarstechnica.comarstechnica.comОткрыть источник ↗ Купраты в конце 1980-х оказались сверхпроводящими при температурах, достижимых с жидким азотом. Почти 40 лет спустя физики всё ещё не согласны, почему так происходит.

Псевдощель и два объяснения

Выше температуры перехода в сверхпроводящее состояние часть электронов в купратах как будто исчезает: измерения находят их заметно меньше при ожидаемых энергиях. Это состояние называют псевдощелью. Одно объяснение гласит, что электроны замерзают в структуры вроде волн зарядовой плотности, а сверхпроводимость развивается отдельно. Другое связывает пропажу электронов с парами (куперовскими парами), которые переносят ток в сверхпроводнике.

Пары через шум туннельного микроскопа

Дробовой шум — это флуктуации, вызванные приходом отдельных зарядов. Если электроны приходят парами, шум растёт. Исследователи пропускали ток между остро заточенной иглой и кристаллами BSCCO, охлаждёнными до нескольких градусов выше абсолютного нуля, а энергию электронов выбирали напряжением. В обычных сверхпроводниках спаривание удваивает шум; в купратах сигнал заметно слабее, поскольку рядом с парами продолжают течь одиночные электроны. По словам Аллана, довести чувствительность прибора до нужной заняло около четырёх лет.

Дополнительный шум начинался точно при энергии псевдощели, которая меняется от точки к точке на поверхности; та же картина повторилась в образцах другого химического состава. arstechnica.comarstechnica.comarstechnica.comОткрыть источник ↗ В магнитных полях до шести тесла, подавляющих спаривание, шум возвращался к уровню одиночных электронов. Измеренная энергия спаривания лежит заметно выше температуры сверхпроводящего перехода. Сварт описал картину так: сначала возникают предсформированные пары, а фазовая когерентность появляется лишь при более низких температурах.

Ограничения результата

Авторы подчёркивают, что эксперимент не даёт полного ответа. Он исключает замороженные структуры как единственный источник псевдощели, но не исключает их переплетения со спариванием. Чувствительность метода падает с ростом температуры, поэтому измерить шум выше температуры перехода пока не удалось. Аллан не ожидает, что повышение критической температуры окажется простым. Сварт планирует карты шума с более высоким разрешением и, в перспективе, прибор, напрямую регистрирующий когерентность.