Физики экспериментально доказали наличие нового типа сверхпроводимости.
В области теории сверхпроводимости существует сегмент, который объясняет, как ток может течь без сопротивления благодаря электронной нематичности — фазовому состоянию вещества, при котором частицы теряют свою вращательную симметрию.
Химические соединения, которые потенциально могут поддерживать нематическую фазу, при комнатной температуре для электронов в атомах не различают горизонтальные и вертикальные направления потенциального движения. Но при снижении температуры электроны могут перейти в «нематическую» фазу, где одно из направлений становится предпочтительным для частиц. Иногда электроны начинают колебаться, чередуя предпочтение между направлениями. Это явление называется нематическими флуктуациями.
На протяжении десятилетий физики пытались подтвердить существование сверхпроводимости, обусловленной нематическими флуктуациями, и наконец смогли подтвердить наличие необходимой фазы вещества в смеси селенидов железа и серы.
«Эти материалы идеально подходят для нашего исследования, так как они демонстрируют нематический порядок и сверхпроводимость без магнетизма, который усложняет их анализ», — отметил Эдуардо Х. да Силва Нето (Eduardo H. da Silva Neto), руководитель проекта.
Ученые охладили образцы до температуры ниже 500 милликельвин. В таких условиях движения и колебания атомов практически останавливаются. Для наблюдения за материалом авторы статьи использовали сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), что позволяет получать изображения квантовых состояний электронов.
Исследователи сосредоточили внимание на образцах с максимальными нематическими флуктуациями, чтобы выявить «энергетическую щель» — показатель наличия и силы сверхпроводимости. Результаты эксперимента подтвердили наличие необходимого разрыва, который точно соответствовал теоретическим параметрам сверхпроводимости, вызванной электронной нематичностью.
«Доказать существование разрыва было весьма сложно, так как для точного измерения требуются сложные СТМ-измерения при очень низких температурах. Следующий шаг — более детальное изучение этого процесса. Что произойдет со сверхпроводимостью при увеличении содержания серы? Исчезнет ли она? Вернутся ли спиновые флуктуации?» — обозначил перспективы да Силва Нето.
Теперь ученые могут не концентрироваться на магнитных параметрах сверхпроводимости, как это было принято ранее. Одно из направлений будущих исследований — управление нематическими флуктуациями, что потенциально может привести к созданию сверхпроводников, работающих при более высоких температурах.
Результаты экспериментов опубликованы в журнале Nature Physics.