В течение многих десятилетий физики обсуждали происхождение высокотемпературной сверхпроводимости — способность некоторых материалов нести электричество без сопротивления при температурах до 138 kelvin. Теперь, новые данные отклоняют одно возможное объяснение, хотя менее популярный, требует бригада. Если бы открытие держит, оно разъединило бы любую связь между обычными сверхпроводниками, такими как свинец и ниобий и высокотемпературные материалы.Крошечные колебания назвали фононы — существенный компонент в механизме позади обычной игры сверхпроводников никакая значительная роль в высокотемпературной сверхпроводимости, требованиях бригады. «Хотелось бы надеяться, Бумага положит конец этой истории», говорит Андрей Чубуков, теоретик в университете Висконсина, Мадисона, кто не был вовлечен в работу.
Защитники основанных на фононе теорий высокотемпературной сверхпроводимости говорят, что не убеждены, как бы то ни было.В обычном металле поток встречается с сопротивлением как электроны в нем, отклоняют от вибрационных ионов в «кристаллической решетке металла».
Но в сверхпроводнике, охлажденном ниже его «критической температуры», электроны формируют свободные «Пары бондаря». Отклонение электрона тогда требует ломки пары. При низких температурах нет достаточного количества энергии вокруг, чтобы сделать это, таким образом, пары скользят через беспрепятственный. В результате электрический ток течет свободно через материал — как молочный коктейль, удивительно проносящийся через солому без одного всасывания на нем.
Что скрепляет пары Купера? В обычном сверхпроводнике фононы обеспечивают клей.
Прохождение отрицательно заряженного электрона тянет положительно заряженные ионы в материале немного ближе вместе по его следу, и та концентрация положительного заряда тогда тянет вдоль второго электрона. Тонкая рябь в кристаллической решетке является фононами. Но теоретики говорят, что фононы не тянут достаточно трудно для хранения электронов соединенными при очень высоких температурах — которые все еще далеки ниже температуры замерзания воды — достигнутый в высокотемпературных сверхпроводниках. Вместо этого многие думают, что клей происходит во взаимодействиях среди самих электронов, таких как волны магнетизма, названного колебаниями вращения.
Однако, некоторые физики утверждают, что фононы должны все еще играть ключевую косвенную роль в высокотемпературных сверхпроводниках. И эксперименты показали, что фононы и электроны действительно взаимодействуют в составах.Теперь, Клаудио Джаннетти из католического университета Святейшего сердца Иисуса в Брешиа, Италия и дюжине коллег сообщает о данных, они говорят, показывающих, что одни только электроны рассказывают целую историю. Они сияли пульс лазерного света на высокотемпературный сверхпроводник, названный стронцием висмута кальциевый оксид меди иттрия (BSCCO), чтобы учиться, как материал отражает свет в различных длинах волны, сообщают они сегодня в Науке.
Бригада поразила образец одним-двумя ударами лазерного пульса примерно 100 миллионных частей наносекунды или 100 фемтосекунд, долго. Первый пульс вызвал электроны в материале; второй пульс измерился, сколько изменил reflectivity материала.
Бригада также смогла проследить реакцию не только своевременно, но также и как функцию частоты отраженного света.Исследователи измерили изменения part-10,000 за несколько тысяч фемтосекунд и затем включили числа в компьютерную модель для измерения, какие процессы были самыми важными в переносе энергии через решетку.
Электронно-электронные взаимодействия, такие как колебание вращения должны нести энергию далеко намного быстрее, чем фононы делают, обсужденные исследователи, позволяя отделить различные вклады.Способность изучить reflectivity в различных длинах волны была ключевой, говорит Джаннетти.
Поэтому ультрабыстрые электронно-электронные процессы были слишком быстры для наблюдения в отметках времени. Однако те процессы влияют на reflectivity в различных длинах волны по-разному — спустя 100 фемтосекунд после того, как пульс материал был менее рефлексивным в более длинных длинах волны и более рефлексивным в более коротких длинах волны. Взятый все вместе, данные показывают, что фононы не необходимы для объяснения сверхпроводимости BSCCO, говорит Джаннетти.
Электронно-электронные взаимодействия достаточно сильны, чтобы сделать работу все собой.Не все убеждены. Модель исследователи раньше соответствовали данным, возможно, основывалась на нереалистичных предположениях, говорит Кристоф Гадермаир, экспериментатор в Институте Джозефа Стефана в Любляне, Словения. Например, он говорит, это предположило, что электроны, фононы и электронно-электронные взаимодействия в BSCCO вели себя, как будто это было в устойчивом «тепловом равновесии».
Это – плохое предположение, которое может изменить выведенные сильные места взаимодействия, говорит он. И собственные данные Джаннетти предполагают, что сцепление электронного фонона все еще довольно сильно, говорит Гэдермэир. «Для меня фононы определенно играют роль», говорит он.Александр Александров, теоретик в университете Лафборо в Соединенном Королевстве и откровенном приверженце фононов, соглашается.
По его мнению электроны отражают друг друга слишком сильно для формирования пар Купера без помощи извне как Джаннетти, и его коллеги делают предложение. «Они говорят о чем-то, что невозможно», говорит он.Таким образом, действительно ли это – конец дебатов по фононам в высокотемпературных сверхпроводниках?
Вероятно, только для тех исследователей, уже думавших, что это было сделано.