Учёные из Йельского университета открыли новый тип сверхпроводящих материалов

Международная группа физиков, возглавляемая учёными из Йельского университета, представила самые убедительные доказательства существования нового типа сверхпроводящих материалов. Это открытие, связанное с нематической фазой вещества, стало значительным шагом вперед, открывающим новые горизонты для создания сверхпроводимости.

Фото: https://web.archive.org/web/20161011221840/http://www.panoramio.com/photo/5108371 by https://web.archive.org/web/20161011221842/http://www.panoramio.com/user/547997?with_photo_id=5108371, CC BY 3.0

В теории сверхпроводимости существует раздел, который рассматривает, как электрический ток может протекать без сопротивления благодаря электронной нематичности. Это особое состояние вещества характеризуется нарушением вращательной симметрии частиц. Химические соединения, теоретически способные поддерживать нематическую фазу, при комнатной температуре не различают горизонтальные и вертикальные направления своего движения. Однако при снижении температуры электроны могут переходить в нематическую фазу, при которой одно из направлений становится более предпочтительным. В результате электроны могут колебаться, периодически меняя предпочтения между направлениями, что и называется нематическими флуктуациями.

На протяжении многих лет физики пытались подтвердить существование сверхпроводимости, обусловленной нематическими флуктуациями, и, наконец, им удалось зафиксировать данное состояние в образцах селенидов железа и серы. Учёный Эдуардо Х. да Силва Нето, руководитель проекта, отметил, что эти материалы идеально подходят для исследования, поскольку они демонстрируют нематический порядок и сверхпроводимость без магнитных свойств, которые могут усложнять анализ.

В ходе эксперимента образцы были охлаждены до температуры ниже 500 миллиекельвинов, что практически остановило все движения и колебания атомов. Для изучения материала исследователи использовали сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), позволяющий получать изображения квантовых состояний электронов. Ученые сосредоточились на образцах с максимальными нематическими флуктуациями, с целью выявления "энергетической щели", которая служит показателем наличия и силы сверхпроводимости. Результаты эксперимента подтвердили существование этого разрыва, что соответствовало теоретическим моделям сверхпроводимости, вызванной электронной нематичностью.

По словам да Силва Нето, измерение разрыва оказалось крайне сложным, поскольку для его точного определения необходимы сложные измерения с использованием СТМ при очень низких температурах. В дальнейшем ученые планируют углубить свои исследования, чтобы выяснить, как изменится сверхпроводимость при увеличении содержания серы, и исчезнет ли она, а также как отразятся изменения на спиновых флуктуациях.

Теперь исследователи могут сосредоточиться не только на магнитных свойствах сверхпроводимости, как это делалось ранее. Одним из направлений будущих исследований станет управление нематическими флуктуациями, что может привести к созданию сверхпроводников, способных функционировать при более высоких температурах.

Уточнения

Флуктуа́ция — любое случайное отклонение какой-либо величины.