Kõrgtemperatuursed ülijuhid on leidnud laialdast kasutust, näiteks magnetresonantstomograafia seadmetes. Füüsikalise arusaamiseni ei ole aga selle huvitava nähtuse kirjeldamisel jõutud. Suure sammu uute teadmiste suunas on astunud Califronia Ülikooli (UCSC) teadlased. Töö avaldati 29. juuli Physical Review Letters-is.
Illustratsioon: Uku Püttsepp
Töö koosneb kahest artiklist, millest esimene kirjeldab uut teooriat nimega „Väga korreleeritud fermivedelikud“ (Extremely correlated Fermi liquids). Teine artikkel võrdleb vastset teooriat kõrgtemperatuursete ülijuhtide kohta nurk-lahendus fotoemissioon spektroskoopia (angle-resolved photoemission spectroscopy, ARPES) meetodiga saadud andmetega.
„Kogusime kokku katseandmed endilt ja mitmetelt teistelt töörühmadelt. Leidsime teooria ja eksperimendi vahel seninägematult hea klapi,“ lausus esimese artikli autor, UCSC professor Sriram Shastry.
Shastry teooria võimaldab kõrgtemperatuursetes ülijuhtides olevaid elektrone kirjeldada uuel viisil. Toatemperatuuril metallis pea vabade osakestena liikuvate elektronide vastasmõjud on ülijuhtivas olekus määrava tähtsusega. Vastasmõju iseloom on otseselt fotoemisiooni spektrisse kodeeritud.
Fotoemissiooni spektroskoopia põhineb fotoelektrilisel efektil. Efekt seisneb elektronide emissioonis pinnale langeva valguse toimel (loe siit). Meetod on andnud kõrgtemperatuursete ülijuhtide pinda uurides ebatavalisi tulemusi.
„Ebatavaline ARPES spektri kuju on olnud kõrgtemperatuursete ülijuhtide probleemistiku keskseks küsimuseks,“ kirjeldab teise artikli autor dotsent Gey-Hong Gweon.
Shastry teooria väga korreleeritud fermivedelikest on alternatiiv Landau fermivedelike teooriale, mis on senini osutunud edukaks tavalises metallis nõrgalt interakteeruvate elektronide kirjeldamisel, ent ei suuda kirjeldada tugevat ülijuhtides eisnevat elektronidevahelist interaktsiooni. Shastry arvutuste edu lubab arvata, et anomaalne fotoemissioon kõrgtemperatuursetelt ülijuhtidelt pärineb väga tugevast elektron-elektron vastasmõjust, mida Shastry nimetab „äärmuslikuks korrelatsiooniks“. Äärmusliku korrelatsiooni tõttu leidub ülijuhis tavaolekus füüsikaseadustega keelatud energiatega elektrone. Näiline füüsikaseaduste rikkumine johtub teatava Hubbardi „U“ energia lõpmatusse viimisega.
Artiklites kasutatud katseandmed pärinevad kahest eri APRES meetodi seadistusest: ühel juhul kasutati emissiooni tekitamiseks kõrge energiaga sünkrotronist saadud valgust ja teisel juhul madalama energiaga laservalgust. Kõrgtemperatuursete ülijuhtide uuringutes annavad erinevate energiatega valgused ühe ja sama ülijuhi kohta väga erinevaid fotoemissioonspektreid. Teadlased ei ole seni ebakõlast aru saanud. Gweon ja Shastry näitasid aga, et vastuolu laheneb vaid ühe parameetri muutmisega teoorias.
„Võime sünkrotronvalguse ja laservalguse põhjal saadud katseandmed väga täpselt ühildada. Tegelikult ebakõla puudub,“ ütles Shastry.
Shastry kavatseb oma mudeli abil uurida ülijuhtivusega seotud vastuseta teadusprobleeme ka edaspidi.
Allikas: PhysOrg