
Международная группа физиков из Израиля, Германии, США и
Дании впервые смогла «притянуть» электроны друг к другу, используя при этом
явление кулоновского отталкивания. По мнению ученых, данный механизм, названный
экситонным спариванием, может стать основой для искусственного конструирования
новых материалов и устройств со свойствами сверхпроводников. Работа
опубликована в журнале Nature.
Сверхпроводники — материалы с неотличимым от нуля сопротивлением
— уже сейчас активно применяются в различных областях: от медицины до физики
высоких энергий. Однако все открытые на данные момент вещества с такими
свойствами «работают» при температурах намного ниже 0°С. Поэтому их
использование связано с большими денежными затратами на охлаждение жидким
азотом или даже гелием. Ключом к поиску «комнатно-температурных»
сверхпроводников ученые считают изучение механизмов образования сверхпроводящего
тока, а затем использование полученных знаний для конструирования нового
материала с заданными свойствами. 
На данный момент, общепринятым механизмом считается «куперовское
спаривание» электронов, названное в честь одного из создателей Нобелевской
теории сверхпроводимости Бардина-Купера-Шриффера (БКШ). В упрощенном виде этот
механизм можно представить следующим образом. Электроны, пролетая между положительно заряженными атомами,
вызывают их притяжение к себе, как к области отрицательного
заряда. Но атомы «неповоротливы», они гораздо тяжелее и движутся
медленнее. В результате, после пролетающего электрона создается область
положительного заряда. К ней притягивается другой электрон. И так,
парами, они движутся по кристаллической решетке между атомами,
не рассеивая энергию на столкновения, а, значит, сопротивление в
таком материале отсутствует. 
Спустя несколько лет после завершения теории БКШ американским
теоретиком Уильямом Литтлом был предложен другой механизм сверхпроводимости — «экситонное
спаривание», который до сих пор так и не удавалось реализовать на практике. Он
основан не на взаимодействии с фононами — колебаниями атомов решетки — а на
притяжении одной группы электронов («основной») за счет кулоновского отталкивания
от другой группы («среды»). 
Литтл предложил даже возможную структуру такого материала: он
состоит из одномерной проводящей органической цепочки, от которой ответвляется
множество боковых цепей, химический состав которых подобран таким образом, чтобы
движение электронов в них было затруднено. Сверхпроводящий ток течет в «основной»
цепи, в то время как «медленные» боковые электроны (по аналогии с тяжелыми
атомами фононного механизма) являются «поляризаторами» — они выступают в
качестве среды, которая обеспечивает притяжение между собой электронов первой
группы. Теоретически, такое притяжение должно быть гораздо сильнее фононного, и
автор даже высказал предположение, что на основе этого механизма можно будет
создать сверхпроводник, проявляющий свои свойства при комнатной температуре.
