
Международной команде физиков удалось объяснить природу особых структур в сверхпроводниках, которые, как и магнитное упорядочение, могут нарушать сверхпроводимость. Речь идет о так называемых «волнах зарядовой плотности», возникающих в этих материалах при низких температурах и в магнитных полях. Результаты этого эксперимента смогли «примирить» противоречивые данные об этом
явлении, полученные ранее, и дополнить их новыми фактами. Работа опубликована в
журнале Science,
пресс-релиз можно прочесть на сайте SLAC
National Accelerator Laboratory.Волны зарядовой плотности представляют собой стоячие волны электронной плотности (их можно представить как, например, чередующие полосы положительного
и отрицательного заряда).Они появляются в
некоторых кристаллах при низких температурах из-за смещения ионов и электронов в кристаллической решетке. Это смещение не настолько сильное, чтобы приводить к полному перестроению структуры, то есть к фазовому переходу, но из-за него изменяется распределение зарядовой плотности в кристалле — образуется так называемая сверхструктура.
Ранее было доказано, что явление связано не с самой кристаллической структурой — периоды этих «волн» не соразмерны параметрам решетки — а с взаимодействием между ионной и электронной подсистемами. Согласно действующей теории, сверхпроводимость тоже возникает из-за влияния колебаний кристаллической решетки на электронную подсистему. Интуитивно
предсказываемое наличие корреляций между «волнами зарядовой плотности» и сверхпроводимостью — экспериментально доказанный факт. Однако существует набор
экспериментальных данных, которые противоречат друг другу в вопросах характера
этой взаимосвязи для высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП). 
В ранних экспериментах ученые измерили, как ведет себя скорость звука в материале при
высоких магнитных полях, и смогли «увидеть» двумерные зарядовых волны в ВТСП. Результаты измерений ядерного магнитного резонанса показывают наличие
уже двух типов волн — первые образуются только при высоких внешних магнитных
полях, а вторые — в отсутствии поля и никак от него не зависят. Температуры
перехода в состояния с волнами зарядовой плотности, полученные разными методами, сильно различаются, к
тому же ни один из них не дает информации о структуре тех из них, которые возникают в сильных магнитных полях.
Основная задача, которую поставили перед собой авторы данной работы, — совместить
в одном эксперименте области полей и температур всех предыдущих измерений, которые приводили к противоречивым результатам. Кроме того, ученые хотели получить более точную информацию об этих «волнах». Для этого авторы провели эксперимент по рентгеновскому рассеянию в
высокотемпературном сверхпроводнике — иттрий-бариевом купрате. Образец облучали мощным рентгеновским лазером и наблюдали, как изменяется луч после прохождения через его толщу. В процессе эксперимента фиксировалась температура образца и внешнее магнитное поле, которое специально создавали, чтобы понять, как оно влияет на образование зарядовых "волн«.
