Учёные выяснили, что кристаллическая структура медьсодержащих сверхпроводников неоднородна, хотя на протяжении 40 лет считалось иначе. Материал состоит из участков с двумя немного различающимися вариантами расположения атомов. Разделяющие их области оказались примерно в сотни раз шире ожидаемого и фактически образуют самостоятельную часть структуры.
Речь идёт о купратах — сверхпроводниках на основе меди, способных проводить электрический ток без сопротивления при необычно высокой для этого явления температуре, хотя и остающейся очень низкой. Такие материалы рассматриваются для будущих энергосетей, медицинских сканеров, квантовых компьютеров и создания более мощных магнитов.
Внутреннее устройство кристалла исследовали специалисты химического факультета Уорикского университета совместно с Европейским центром синхротронного излучения во Франции. Они применили сканирующую трёхмерную рентгеновскую дифракцию, которая по принципу напоминает компьютерную томографию, но позволяет восстанавливать расположение атомов. Метод впервые дал возможность получить объёмное изображение глубинных участков материала и обнаружить различия в его структуре; результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Провести такую работу помогло обновление Европейского центра синхротронного излучения стоимостью 150 млн евро. Исследователи считают, что технология пригодится не только для изучения сверхпроводников: с её помощью можно будет анализировать внутреннее строение самых разных материалов в трёх измерениях с ранее недоступной детализацией.
Авторы предполагают, что подобная скрытая неоднородность характерна и для других купратов, а также может встречаться в родственных материалах, которые изучают в условиях экстремального давления. Руководитель исследования профессор Марк Сенн из Уорикского университета заявил: «За 40 лет считалось, что эти материалы одинаковы по всей толщине, и почти вся теория строилась на этом представлении. Мы показали, что оно не работает. Кристалл имеет сложную мозаичную структуру с необычно широкими пограничными областями, которые, вероятно, мешают сверхпроводимости, а не просто соседствуют с ней».
«Это может объяснить, почему одни материалы работают лучше других, а также означает, что некоторые существующие измерения объёмных образцов потребуется переосмыслить, а будущие теоретические модели должны учитывать такую структурную сложность», — добавил Сенн. Об исследовании, опубликованном 17 сентября 2026 года, сообщает SciTechDaily; его авторами стали Эви Лэдбрук, Джон П. Райт и Марк С. Сенн.