Ученые обнаружили аномальное электронное состояние, приближающее сверхпроводимость при комнатной температуре

Трехслойные купратные сверхпроводники имеют три оксидных плоскости меди: две внешние (оранжевые) и одну внутреннюю (синюю) (слева). Эти два типа плоскостей медь-кислород демонстрируют две квазичастичные зоны, наблюдаемые с помощью высокоразрешающей фотоэмиссионной спектроскопии (справа). Автор: Adapted from Ideta et al. (2025), Nature Communications, CC BY-NC-ND 4.0

Международная группа исследователей впервые наблюдала особое электронное состояние — «нодальный металл», что приближает к созданию сверхпроводимости при комнатной температуре. Открытие сделано в многослойной системе из меди и кислорода.

«Сверхпроводимость возникает, когда носители — дырки или электроны — вводятся в двумерную оксидную плоскость меди», — пояснил соавтор работы Син-итиро Идэта из Хиросимского университета.

Ученые использовали метод фотоэмиссионной спектроскопии с синхротронным излучением для анализа трёхслойной купратной системы. Они обнаружили, что в внутренних плоскостях оксида меди с крайне низкой концентрацией дырок сверхпроводящие электроны существуют при температурах значительно выше температуры перехода.

«Это нодальный металл, который показывает, как можно индуцировать сверхпроводящие электроны при ещё более высоких температурах», — отметил Идэта.

Исследование показало, что сверхпроводимость стабилизируется за счёт «эффекта близости» между плоскостями, что объясняет, почему трёхслойные купраты демонстрируют рекордные температуры перехода в сверхпроводящее состояние.

«Это крупный прорыв в понимании механизма высокотемпературной сверхпроводимости. Образование сверхпроводящих электронов при высоких температурах даст важные ориентиры для создания материалов с высокими температурами перехода», — заявил Идэта.

Сверхпроводники, работающие при комнатной температуре, могли бы революционизировать энергетику и электронику, устранив потери энергии на сопротивление. Современные сверхпроводники требуют экстремального охлаждения, что ограничивает их практическое применение.