Исследователи Уорикского университета обнаружили, что изучаемый около 40 лет сверхпроводник имеет неоднородную внутреннюю структуру. Ранее считалось, что его кристаллическая решётка одинакова по всему объёму. Однако трёхмерная визуализация показала сложное сочетание участков с разным расположением атомов.
Работа посвящена купратам — сверхпроводникам на основе меди, способным проводить электричество без сопротивления при сравнительно высоких, хотя и очень низких, температурах. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters. В проекте участвовали специалисты кафедры химии Уорикского университета и Европейского центра синхротронного излучения во Франции, сообщает ScienceDaily.
Чтобы изучить внутреннее устройство материала, учёные применили сканирующую трёхмерную рентгеновскую дифракцию. Этот метод по принципу напоминает компьютерную томографию, но вместо тканей позволяет картировать расположение атомов. Полученная объёмная модель выявила особенности, которые стандартные методы наблюдения не показывали.
Вместо единой кристаллической структуры специалисты обнаружили чередование областей с двумя немного различающимися вариантами расположения атомов. Границы между ними оказались в сотни раз шире, чем предполагалось. Эти переходные зоны настолько велики, что могут вести себя почти как самостоятельные структуры и влиять на движение электричества.
Руководитель исследования профессор Марк Сенн заявил: «For forty years, the working assumption has been that these materials are the same all the way through, and nearly all the theory is built on that picture. We’ve shown it doesn’t hold. The crystal is fundamentally patchworked and textured, with unusually wide boundary regions that likely work against superconductivity rather than just sitting alongside it.
«This might explain why some materials perform better than others and means some existing bulk measurements will need to be reinterpreted and future theoretical models built that incorporate this structural complexity.» Полученные данные указывают, что внутренние границы могут не просто соседствовать со сверхпроводящими областями, а мешать их работе. Это способно объяснить различия в характеристиках материалов и потребовать пересмотра части прежних измерений и теоретических моделей.
Учёные предполагают, что подобная скрытая неоднородность может встречаться и в других купратах, а также в родственных материалах, которые исследуют для получения сверхпроводимости под экстремальным давлением. Измерения стали возможны после модернизации Европейского центра синхротронного излучения стоимостью 150 миллионов евро. Обновлённая установка создаёт чрезвычайно интенсивные рентгеновские пучки и позволяет с высокой точностью изучать трёхмерное строение материалов, что может помочь в разработке энергетических систем, мощных магнитов, медицинских сканеров и квантовых технологий.