Надпровідність виникає, коли електрони в металевій парі проходять через матеріал без опору. Однак, все може бути складніше, ніж думали раніше, оскільки вчені в Німеччині тепер виявили, що електрони також можуть угруповатися в четвірки, створюючи новий стан матерії і, можливо, новий тип надпровідності.
Провідність - це міра того, наскільки легко електрони (і, отже, електрика) можуть проходити через матеріал. Але навіть у матеріалах, з яких виходять хороші провідники, таких як золото, електрони все одно будуть стикатися з деяким опором. Однак надпровідники усувають всі бар'єри і забезпечують нульовий опір при ультрахолодних температурах.
Причина, з якої електрони можуть так легко переміщатися через надпровідники, полягає в тому, що вони утворюють пари за допомогою квантового ефекту, відомого як Куперівська пара. При цьому вони збільшують мінімальну кількість енергії, необхідну для взаємодії з електронами - і якщо матеріал досить холодний, у його атомів не буде достатньо теплової енергії, щоб порушити ці куперівські пари, дозволяючи електронам вільно течу без будь-яких обмежень і втрат енергії.
Але в новому дослідженні вчені з університетів Дрездена і Вюрцбурга в Німеччині зробили захоплююче відкриття. В одному конкретному типі надпровідників вони виявили, що куперівські пари самі створюють пари, утворюючи сімейства з чотирьох електронів.
«Коли ми виявили, що раптово чотири електрони замість двох утворили зв'язок, ми спочатку подумали, що це помилка вимірювання», - говорить Хеннінг Клаус, провідний дослідник дослідження.
"Але чим більше методів ми використовували для підтвердження результату, тим ясніше з'ясувалося, що це має бути нове явище: всі дані узгоджуються з одним і тим же результатом. Тепер ми знаємо, що сімейство чотирьох електронів у деяких металах створює абсолютно новий стан речовини при охолодженні до наднизьких температур ".
Відкриття було зроблено в надпровідному металі, що містить барій, калій, залізо і миш'як, з класу, відомого як пніктиди заліза. Таке явище було теоретично передбачене близько десяти років тому, але досі не було виявлено жодних експериментальних доказів. Потім дослідники витратили два роки на підтвердження знахідки, використовуючи сім різних методів.
Команда вчених каже, що такі електронні сімейства можуть відкрити нову гілку надпровідності і ряд передових пристроїв, які використовують її. Але до цього належить ще багато роботи, щоб зрозуміти, як це працює, в яких матеріалах зустрічається і як його можна викликати.
«Можна припустити, що наші результати призведуть до абсолютно нового напрямку досліджень, наприклад, пошуку інших металів з чотирма пов'язаними електронами або вивчення того, як потрібно змінити матеріали, щоб створити сімейство електронів», - говорить Хеннінг Клаусс.
"З суто теоретичної точки зору, з нашим електронним сімейством також можливий абсолютно новий тип надпровідності. Єдине, що можна сказати напевно, - це те, що пніктиди заліза добре підходять для таких технологій, як квантові датчики, через їх новий агрегатний стан ".
Дослідження було опубліковано в журналі Nature Physics.
