Термин "щель" в квантовой теории сверхпроводимости обозначает характерный зазор на диаграмме с распределением электронов по энергиям, энергетическом спектре. Выделяют сверхпроводники с "обычной" щелью и особые сверхпроводники, которые даже в своем "нормальном" состоянии демонстрируют нечто похожее на щель - ее называют псевдощелью.
Полной модели, которая бы объясняла феномен сверхпроводимости и позволяла бы, например, синтезировать работающий при комнатной температуре сверхпроводник, в настоящее время нет, в качестве наиболее удачной модели используется теория, в которой ключевую роль играют куперовские пары - связанные состояния двух электронов с противоположно направленными спинами. Такие пары отличаются, в частности, тем, что не взаимодействуют с кристаллической решеткой, поэтому свободно передвигаются по веществу и не тратят свою энергию на столкновения. Охладив металл до такой температуры, при которой тепловое движение частиц не мешает формированию куперовских пар, такие пары можно заставить перемещаться без потерь и за счет этого перевести весь образец в сверхпроводящее состояние. На данный момент самая высокая температура, при которой возможна сверхпроводимость при атмосферном давлении, составляет минус 135 градуса по Цельсию.
Появление куперовских пар меняет не только электрические свойства вещества в целом, но и распределение электронов по энергиям, энергетический спектр. Формирование пар влечет появление в спектре характерного провала, который называют либо щелью, либо псевдощелью в зависимости от обстоятельств. Если вещество - сверхпроводник, и сверхпроводимость после охлаждения до критической температуры возникла одновременно с появлением куперовских пар, то говорят про щель. А вот если схожая особенность на графике со спектром электронов после охлаждения появилась, но сверхпроводимости при этом еще не возникло - употребляется термин "псевдощель". Если такое вещество охладить сильнее, оно становится сверхпроводником, а щель в его спектре увеличивается - в ее величине складываются как псевдощель, так и собственно сверхпроводящая щель. Свойства такого сверхпроводника во многом отличаются от обычного.
Сверхпроводники с обычной щелью хорошо описываются существующей теорией, а теорию для описания поведения проводников с псевдощелью Михаил Фейгельман и Лев Иоффе с коллегами разработали ранее. В своей новой статье ученые при помощи своей теории рассчитали для сверхпроводников с псевдощелью зависимость плотности сверхпроводящего тока от ширины псевдощели. Изучение строения сверхпроводников с псевдощелью на микроскопическом уровне показало, что такие материалы отличаются сильной неупорядоченностью. Это значит, что их атомы не выстроены в идеальную кристаллическую решетку или структура этой решетки сильно нарушена. Примерами таких сверхпроводников с псевдощелью авторы нового исследования называют нитрид титана в виде тонкой пленки (в которой кристаллическая решетка окажется нарушена во многих местах) и оксид индия (который может быть аморфным, как стекло).
Неупорядоченность играет ключевую роль в том, что переход в сверхпроводящее состояние происходит не одновременно с формированием куперовских пар. Связанные друг с другом электроны в таких материалах появляются до того, как исчезает электрическое сопротивление именно потому, что многочисленные отклонения в микроскопической структуре вещества от идеального порядка могут мешать куперовской паре, которая в упорядоченных кристаллах движется без всяких помех. Исследователи отмечают, что на основе оксида индия уже было создано сверхпроводящее квантовое устройство, способное служить прототипом составной части квантового компьютера.

Источник: ТАСС - http://tass.ru/nauka/2466046