Исследователи из Гейдельбергского университета (Heidelberg University), Германия, используя сверхохлажденные атомы, обнаружили еще один вид экзотического состояния материи. Такое состояние образуется, когда частицы материи ограничены областью «плоского» пространства, имеющего условно два измерения. В этом случае частицы материи разбиваются на пары и дальнейшее изучение данного явления, имеющего отношение к области квантовой механики, могут дать ученым ключевые подсказки касательно природы сверхпроводимости.

Сверхпроводники — это материалы, способные пропускать через себя электрический ток без влияния на него электрического сопротивления, т.е., материалы, имеющие нулевое сопротивление. Ученые уже достаточно хорошо изучили природу сверхпроводимости в низкотемпературных сверхпроводниках, однако то, что обеспечивает сверхпроводимость в других материалах, называемых высокотемпературными сверхпроводниками, остается, по большей части, загадкой для современной науки.

Исследования высокотемпературных сверхпроводников показали, что в большей своей части такие материалы имеют «слоистую» структуру. «Это означает, что электроны в таких материалах могут перемещаться только в рамках условно двухмерного пространства» — рассказывает профессор Селим Джошим (Selim Jochim), — «До последнего времени мы не понимали, что именно ограничения в «размерности» пространства взаимодействий частиц могут стать причиной повышения критической температуры сверхпроводящего материала».

Для исследований данного вопроса ученые из Центра квантовой динамики Гейдельбергского университета создали условно двухмерные ловушки из сфокусированных особым образом лучей лазерного света, внутрь которых был помещен газ, состоящий из облака сверхохлажденных атомов. «В твердых материалах, таких, как оксиды меди, существует много дефектов и примесей, что существенно затрудняет исследования с использованием таких материалов» — рассказывает Пунит Мерти (Puneet Murthy), один из исследователей, — «Именно поэтому мы использовали газ из сверхохлажденных атомов, что позволяет нам получить очень чистые образцы и дает нам полный контроль над всеми параметрами создаваемой квантовой системы».

При помощи технологии радиочастотной спектроскопии, исследователи измерили уровень реакции атомов на импульсы излучения радиочастотного диапазона. Реакция атомов указала на то, были ли атомы и каким образом они связаны друг с другом. Результаты показали, что атомы газа сформировали пары, квазичастицы, называемые фермионами, и все это вместе взятое представляет собой новое экзотическое состояние материи.

Самым интересным является то, что новое состояние материи, при котором фермионы обеспечивают сверхпроводимость материала, образовалось при температуре, превышающей критическую температуру для используемого материала.