Ученые измерили энергию пар носителей заряда в высокотемпературных сверхпроводниках

Короткий импульс возбуждает пару носителей заряда в атомах кислорода (красные). Ее энергию удалось измерить. Автор: D. Kühn / HZB

Международная исследовательская группа на установке BESSY II измерила энергию пар носителей заряда в нелегированном соединении La₂CuO₄. Результаты показали, что энергии взаимодействия внутри потенциально сверхпроводящих слоев оксида меди значительно ниже, чем в изолирующих слоях оксида лантана. Эти данные помогают лучше понять природу высокотемпературной сверхпроводимости.

Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Высокотемпературные сверхпроводники, открытые около 40 лет назад, способны проводить электричество без потерь при температурах значительно выше абсолютного нуля, хотя и ниже комнатной. Несмотря на их технологическое применение, физические механизмы этого явления до конца не изучены.

Команда под руководством профессора Александра Фёлиша провела точные измерения энергии пар носителей заряда на атомах кислорода. Образцы из Университета Рима состояли из чередующихся слоев оксида меди и оксида лантана. При легировании это соединение становится сверхпроводящим ниже 40 Кельвин, причем сверхпроводимость возникает именно в слоях CuO.

«Мы хотели выяснить, насколько сильно различаются взаимодействия между носителями заряда в двух разных оксидных слоях», — пояснил первый автор работы доктор Данило Кюн.

Для эксперимента использовались спектрометры времени пролета с уникальной конфигурацией. Специальные рентгеновские импульсы воздействовали на образец с интервалами в несколько сотен наносекунд, что позволило измерить сверхбыстрые процессы взаимодействия.

«Энергии взаимодействия оказались значительно ниже в слое оксида меди, ключевом для сверхпроводимости, чем в изолирующих слоях оксида лантана», — отметил Кюн.

«Эти результаты помогают нам лучше понять механизмы высокотемпературной сверхпроводимости», — объяснил Александр Фёлиш, добавив, что данная методика измерений может быть полезна и для изучения других функциональных материалов.

Дополнительная информация: Danilo Kühn et al, Direct observation of the on-site oxygen 2p two-hole Coulomb energy in La₂CuO₄, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-65314-w

Источник: Helmholtz Association of German Research Centres