Ученые раскрыли ключевую загадку сверхпроводников с высоким температурным порогом

Механизм сверхпроводимости при высоких температурах (TC) остается одной из главных нерешенных задач физики конденсированного состояния. Группа китайских ученых добилась значительного прогресса в изучении никелатных сверхпроводников с высоким TC.

Впервые исследователям удалось определить безузловую сверхпроводящую щель и обнаружить связь электронов с бозонами, изучая электронную структуру тонких пленок билейерных никелатных сверхпроводников Руддлесдена-Попера. Эти результаты предоставляют важные доказательства по двум центральным вопросам, касающимся никелатов с высоким TC: симметрии сверхпроводящей щели и механизма образования сверхпроводящих пар.

Руководителем исследования выступил Цзюньфэн Хэ из Университета науки и технологий Китая (USTC), входящего в состав Китайской академии наук. В работе также участвовали коллективы под руководством Цикуна Сюэ и Чжоую Чэня из Южного университета науки и технологий (SUSTech). Исследование опубликовано в журнале Science 21 мая 2026 года.

Исследование сверхпроводящей щели

Сверхпроводимость, открытая в 1911 году, известна своими необычными электромагнитными свойствами и является одним из основных направлений физики. За прошедший век были открыты сверхпроводники на основе меди и железа с высоким TC, однако механизм сверхпроводимости при высоких температурах до сих пор не ясен. Никелатные сверхпроводники предоставляют новую платформу для изучения этой проблемы.

В сверхпроводниках с высоким TC симметрия сверхпроводящей щели считается ключевой подсказкой к пониманию механизма сверхпроводимости. В частности, важным вопросом является наличие или отсутствие узлов — точек, в которых сверхпроводящая щель равна нулю в пространстве импульсов. С помощью угловой разрешенной фотоэмиссионной спектроскопии (ARPES) исследователи изучили тонкие пленки билейерных никелатных сверхпроводников Руддлесдена-Попера и не обнаружили узлов в сверхпроводящей щели по всему пространству импульсов. Этот результат соответствует симметрии s-волновой (s±) сверхпроводящей щели.

Доказательства связи электронов с бозонами

Другой важный вопрос связан с механизмом формирования электронных пар в сверхпроводниках с высоким TC. Согласно теории, электроны могут образовывать пары через взаимодействие с бозонами — так называемое электрон-бозонное сопряжение. В ходе экспериментов ученые выявили излом дисперсии примерно на 70 мэВ ниже уровня Ферми, что является характерным признаком электрон-бозонного взаимодействия. Это открытие представляет собой важное свидетельство в понимании механизма образования электронных пар.

В совместном проекте команда SUSTech отвечала за выращивание тонких пленок, а группа USTC проводила измерения электронной структуры. Для предотвращения потери кислорода при транспортировке образцов ученые разработали метод, основанный на закалке и переносе образцов в условиях сверхвысокого вакуума при низкой температуре с использованием жидкого азота. Эта технология позволила успешно переместить образцы из Шэньчжэня в Хэфэй и осуществить необходимые эксперименты.

Источник: статья «Nodeless superconducting gap and electron-boson coupling in (La,Pr,Sm)3Ni2O7 films» авторов Цзяньчан Шэнь, Гуанди Чжоу, Ю Мяо, Пэн Ли, Чжипэн Оу, Яци Чэнь, Чжао Ван, Жунцин Луан, Хонсю Сун, Цзикун Фэн, Синжу Юн, Юэйин Ли, Личжи Сюй, Вэй Лю, Цзыхао Ни, Хэн Ван, Хаолян Хуан, Юйцзе Сун, Цикун Сюэ, Цзюньфэн Хэ и Чжоую Чэнь, опубликованная 21 мая 2026 года в журнале Science. DOI: 10.1126/science.adw8329.