Сверхпроводники проводят электрический ток без сопротивления, однако большинство таких материалов работает лишь при температурах, близких к абсолютному нулю. В конце 1980-х годов учёные обнаружили купраты — соединения на основе меди, способные становиться сверхпроводящими при более высоких температурах. Для их охлаждения достаточно недорогого жидкого азота, но почти 40 лет физики не могли прийти к единому объяснению этого явления.
Некоторые ответы удалось получить группе физиков под руководством Милана Аллана из Мюнхенского университета Людвига и Максимилиана и Ингмара Сварта из Утрехтского университета в Нидерландах. Учёные исследовали слабые электрические колебания, возникающие при прохождении тока через купрат. Результаты работы опубликованы в журнале Science, сообщает Ars Technica.
В центре загадки находится псевдощель — необычное состояние вещества, при котором в определённом энергетическом диапазоне наблюдается нехватка электронов. Этот эффект появляется ещё до перехода купрата в сверхпроводящее состояние, и приборы фиксируют значительно меньше электронов, чем должно быть. Исследователи стремились понять, куда исчезают эти частицы и как псевдощель связана с высокотемпературной сверхпроводимостью.
Физики рассматривали два основных объяснения. Согласно первому, электроны объединяются в устойчивые структуры, например в волны плотности заряда, а сверхпроводимость возникает независимо от этого процесса. Другая гипотеза связывает нехватку электронов с образованием куперовских пар — пар частиц, которые переносят ток в сверхпроводнике и могут появляться ещё до того, как материал начинает проводить электричество согласованно.
Проверить эти версии было сложно, поскольку разные эксперименты давали лишь косвенные и неоднозначные признаки происходящего. Одни и те же наблюдения можно было интерпретировать по-разному, а прямого способа увидеть электронные пары не существовало. Аллан и его коллеги разработали метод, который позволил исследовать их непосредственно.