Фізики експериментально підтвердили наявність нового типу надпровідності.

У теорії надпровідності є розділ, що описує, як протікання електричного струму без опору можна пояснити електронною нематичністю — фазовим станом речовини, при якому частинки порушують свою обертальну симетрію.

Хімічні сполуки, теоретично здатні забезпечувати існування нематичної фази, при кімнатній температурі для електрона в атомах горизонтальні та вертикальні напрямки потенційного руху не відрізняються за своїми властивостями. Однак при нижчих температурах електрони можуть перейти в «нематичну» фазу. У ній одне з напрямків стає для частинок переважним. Іноді електрони можуть почати коливатися, надаючи перевагу то одному, то іншому напрямку. Це явище називається нематичними флуктуаціями.

Десятиліттями фізики безуспішно намагалися довести існування надпровідності, викликаної нематичними флуктуаціями, і нарешті їм вдалося підтвердити існування потрібної фази речовини в суміші селенідів заліза та сірки.

«Це ідеальні матеріали для нашого дослідження, оскільки вони демонструють нематичний порядок і надпровідність без магнетизму, що ускладнює їх вивчення», — зазначив Едуардо Х. да Сілва Нето (Eduardo H. da Silva Neto), керівник проєкту.

Вчені охолодили експериментальні зразки до температури нижче 500 мілікельвін. У таких умовах всі рухи та коливання атомів практично припиняються. Для спостереження за матеріалом автори статті використали скануючий тунельний мікроскоп (СТМ), який дозволяє отримувати зображення квантових станів електронів.

Дослідники зосередилися на зразках з максимальними нематичними флуктуаціями, щоб виявити «енергетичну щілину» — показник наявності та сили надпровідності. Результати експерименту показали існування потрібного розриву. Він точно відповідав теоретичним параметрам надпровідності, викликаної електронною нематичністю.

«Довести існування розриву було дуже важко, оскільки для точного вимірювання розриву потрібні складні СТМ-вимірювання при дуже низьких температурах. Наступний крок — дослідити цей процес ще уважніше. Що станеться з надпровідністю при збільшенні вмісту сірки? Чи зникне вона? Чи повернуться спінові флуктуації?» — окреслив перспективи да Сілва Нето.

Тепер вчені можуть не зосереджуватися на магнітних параметрах надпровідності, як це було прийнято раніше. Одне з напрямків майбутніх досліджень — управління нематичними флуктуаціями, що потенційно може призвести до створення надпровідників, що працюють при вищих температурах.

Результати експериментів опубліковані в журналі Nature Physics.