Представьте, что электричество течёт по проводам без малейших потерь — как вода по идеально гладкой трубе. Именно это обещает сверхпроводимость, и уже почти 40 лет учёные со всего мира пытаются разгадать, как работают материалы, способные к ней при относительно высоких температурах. Сегодня команда из Монреальского Института национальных научных исследований (INRS) сделала важный шаг в понимании одного из самых загадочных явлений в этих системах.
Нобелевская загадка 1986 года
В 1986 году физики Йоханнес Беднорц и Карл Мюллер открыли особый класс соединений на основе меди — купраты — которые оказались сверхпроводящими при температурах, значительно превышающих те, что требовались ранее. Уже в 1987 году учёные были удостоены Нобелевской премии по физике за это достижение. Однако механизм сверхпроводимости в купратах до сих пор остаётся тайной, а центральным узлом этой головоломки является так называемый псевдощелевой зазор.
Свет как инструмент квантового наблюдателя
Под руководством профессора Фабио Боскини, обладателя Канадского исследовательского кресла по динамике квантовых материалов и стипендиата стипендии Альфреда П. Слоуна, учёные применили импульсы лазерного света, чтобы на доли секунды подавить сверхпроводящий режим в купрате. Эксперименты проводились на установке времяразрешённой и угловой фотоэмиссионной спектроскопии (TR-ARPES) в Инновационной лаборатории Advanced Laser Light Source (ALLS) при Исследовательском центре энергетики, материалов и телекоммуникаций (Énergie Matériaux Télécommunications Research Centre) INRS.
«Пропавшие кадры» квантового кино
Впервые учёные понаблюдали за так называемым индуцированным светом переходным псевдощелевым зазором и получили доступ к электронным состояниям, скрытым от традиционных методов. Результаты оказались однозначными: когда сверхпроводимость подавляется, псевдощелевой зазор проявляется во всей красе, а затем, по мере восстановления сверхпроводящего состояния, вновь исчезает. Это доказывает, что два явления конкурируют, а не работают во взаимной поддержке, как считалось ранее.
«Псевдощелевой зазор — одна из величайших тайн конденсированной материи. Понимание того, как он взаимодействует со сверхпроводимостью, важно для объяснения способности этих материалов проводить электричество без потерь при аномально высоких температурах», — отмечает профессор Фабио Боскини.
Коллаборация с Центром вычислительной квантовой физики Института Флэтайрон в Нью-Йорке позволила сочетать экспериментальные данные с современными теоретическими моделями. «Наше исследование показывает, что псевдощелевой зазор и сверхпроводящие состояния в купратах конкурируют друг с другом и даёт новое понимание их поведения при одновременном возбуждении обоих состояний», — комментирует Оливье Женграс, научный сотрудник Центра вычислительной квантовой физики Flatiron.
«Благодаря уникальным возможностям системы TR-ARPES в лаборатории ALLS мы смогли напрямую наблюдать, что происходит, когда сверхпроводимость временно исчезает, а затем снова возникает. Это всё равно что найти недостающие кадры в фильме, который учёные собирают уже десятилетиями», — говорит Дарио Арманно, аспирант INRS и первый автор статьи.
«Это исследование важно для развития квантовых технологий будущего: оно способствует подготовке высококвалифицированных кадров в области, критически важной для технологического суверенитета Канады и реализации её Национальной квантовой стратегии», — добавляет Франсуа Легаре, директор Исследовательского центра энергетики, материалов и телекоммуникаций INRS.
Статья под названием «Light-induced asymmetric pseudogap below the critical temperature in cuprates» опубликована 20 октября 2026 года в журнале Nature Physics.
Работа на комплексе ALLS была поддержана Фондом крупных научных инициатив Канадского фонда инноваций (CFI).
