Преодолевая одну из крупнейших проблем в исследовании высокотемпературных сверхпроводников, ученые Брукхэйвенской национальной лаборатории (Brookhaven National Laboratory) вырастили кристаллы одного из таких материалов, которые имеют достаточные размеры для прямого измерения их магнитных свойств. И эти данные бросили тень сомнения на некоторые допущения, обычно принимаемые для понимания роли магнетизма в способности этих материалов пропускать ток без сопротивления.

"Многие теоретики полагают, что магнетизм важен для высокотемпературной сверхпроводимости, но они еще не сошлись в мере важности этого фактора", — говорит Джон Транкуада (John Tranquada), физик из Брукхэйвена, возглавляющий команду исследователей. Причем, все это усложняется тем фактом, что имеющиеся методы оценки магнитных свойств требуют наличия высококачественных, крупных монокристаллов, и выращивание таких кристаллов высокотемпературных материалов было долгосрочной задачей.

Команда Брукхэйвена исследовала сверхпроводник на основе оксида меди, который наиболее изучен с точки зрения электронных свойств среди высокотемпературных сверхпроводников. Этот материал известен под аббревиатурой BSCCO, в его составе также находится висмут, стронций и кальций.

"Очень просто создать мелкие кристаллы, требуемые для исследования электронных свойств, но очень сложно вырастить крупные BSCCO-монокристаллы толщиной в миллиметр для магнитного анализа", — говорит Генда Гу (Genda Gu), эксперт по выращиванию кристаллов в Брукхэйвене. "Мы разработали особый метод и непрерывно использовали две специальные печи в течение двух лет для выращивания крупных кристаллов для этого исследования". Ученые утверждают, что пока никому в мире не удалось это повторить.

Мелкие кристаллы хорошо подходят для исследования электронных свойств, и именно эти свойства определяли выбор высокотемпературных сверхпроводников. С тех пор как магнитные свойства в обычных металлических проводниках являются следствием их электронных параметров, теоретики используют хорошо обоснованные математические методы для получения магнитных характеристик в таких высокотемпературных материалах. Теперь же появилась возможность непосредственно проверить верность этого подхода.

"Вычисления, основанные на электронных свойствах материала, которые резко изменяются при охлаждении, предсказывали наличие сравнимых перемен магнитных свойств при температуре ниже температуры перехода", — говорит физик Брукхэйвена Гуанюн Сюй (Guangyong Xu). "Но наши прямые измерения магнитных свойств показали удивительно малые изменения". Это говорит о том, что теоретическая модель, используемая для описания этих магнитных свойств, является неполной. И этот вывод оспаривает верность одной из самых популярных теоретических моделей, используемой для определения магнитных свойств на основе изменения электронных свойств.

Измерения показали, что некоторые магнитные характеристики исходной структуры (диэлектрика) остаются прежними, когда материал становится сверхпроводником. Есть предположение, что могут существовать два вида электронов, одни служат для обеспечения электрического тока, а другие — создают магнетизм. Поэтому в планах ученых проследить за изменениями магнитных свойств в других сверхпроводниках. Эти данные будут полезны для поиска и создания новых материалов, которые действуют как сверхпроводники в реальных условиях эксплуатации, например, для высокоэффективных линий электропередачи.