Сверхпроводники – это удивительные материалы, которые могут выглядеть непримечательными в условиях окружающей среды, но при охлаждении до очень низких температур позволяют электрическому току течь с нулевым сопротивлением. Существует несколько очевидных применений сверхпроводимости, таких как передача энергии без потерь, но физика, лежащая в основе этого процесса, до сих пор не совсем понятна. Установившееся представление о переходе от нормального состояния к сверхпроводимости называется теорией Бардина-Купера-Шриффера (БКШ).
В этой модели, пока тепловые возбуждения остаются достаточно маленькими, частицы могут образовывать «куперовские пары», которые перемещаются вместе и сопротивляются рассеянию. Однако модель BCS не может адекватно объяснить все типы сверхпроводников, что ограничивает нашу способность создавать более прочные сверхпроводящие материалы, работающие при комнатной температуре.
Теперь ученый из Университета Цукубы придумал новую модель сверхпроводимости, которая лучше раскрывает физические принципы. Вместо того, чтобы сосредотачиваться на спаривании заряженных частиц, эта новая теория использует математический инструмент, называемый "связью Берри"."Это значение вычисляет скручивание пространства, в котором движутся электроны. "В стандартной теории БКШ причиной сверхпроводимости является спаривание электронов.
В этой теории сверхток определяется как поток спаренных электронов без диссипации, в то время как отдельные электроны все еще испытывают сопротивление », – говорит автор, профессор Хироясу Коидзуми.
Например, джозефсоновские переходы образуются, когда два сверхпроводниковых слоя разделены тонким барьером из нормального металла или изолятора.
Хотя джозефсоновские переходы широко используются в высокоточных детекторах магнитного поля и квантовых компьютерах, они также не полностью соответствуют внутренней теории БКШ. «В новой теории роль спаривания электронов заключается в стабилизации связи Берри, а не в том, чтобы быть причиной сверхпроводимости сама по себе, а сверхток – это поток одиночных и парных электронов, генерируемых из-за скручивания пространства, где перемещение электронов вызвано связью Берри ", – говорит профессор Коидзуми. Таким образом, это исследование может привести к прогрессу в квантовых вычислениях, а также к сохранению энергии.