Времето губи своята симетрия: физици откриха нарушение на времето при -98°C

Учени от швейцарския Институт „Паул Шерер“ (PSI), използвайки метода на мюонния спин, откриха, че квантовият ефект, известен като нарушаване на симетрията с обръщане на времето, се проявява на повърхността на Кагоме-свръхпроводника RbV₃Sb₅ при температури до 175 K (или -98 °C). Този показател е рекорден за кагоме материалите, тъй като преди това подобни ефекти са били наблюдавани само при много по-ниски температури. В обема на материала RbV3Sb5 нарушаването на симетрията с обръщане на времето се наблюдава чак при 60 K (-213 °C).

Нарушаването на симетрията с обръщане на времето (TRS) показва необичайно електронно и магнитно поведение, което може да доведе до екзотични квантови състояния, представляващи особен интерес за развитието на квантовите технологии. Откриването на такъв ефект при по-„достъпна“ температура значително увеличава перспективите за неговото приложение.

Симетрията на обръщане на времето означава, че физичните закони се запазват непроменени, ако потокът на времето се обърне. В някои материали, като например свръхпроводниците кагоме, тази симетрия е нарушена, което води до специални ефекти, при които системата започва да се държи по различен начин при „обръщане на времето“. В свръхпроводника кагоме, изследван от учените, електронният ред формира магнитни полета, които нарушават симетрията. Този ефект е свързан с уникалните магнитни и транспортни свойства, което прави материала особено интересен за изучаване.

Кагоме е традиционен японски модел за плетене на кошници, който представлява мрежа от свързани помежду си триъгълници. Физиците от областта на кондензираната материя са открили, че атомите, подредени по структурата на кагоме, образуват уникални колективни състояния на електроните, което води до редки квантови явления. В случая с RbV₃Sb₅ едно от тези явления е свръхпроводимостта, която се проявява при температури под 2 К. Други квантови ефекти обаче, включително нарушаването на симетрията с обръщане на времето, се наблюдават при по-високи температури и откриват възможности за практическото им приложение.

Особеността на откритието в PSI се състои не само в температурата, при която се наблюдава нарушаване на симетрията, но и в зависимостта на това явление от дълбочината на материала. Изследванията показват, че ефектът се променя с разстоянието от повърхността до центъра на свръхпроводника, което открива възможност за „настройване“ на това квантово състояние.

Това регулиране указва, че има начини за контролиране на електронните и магнитните свойства на свръхпроводника кагоме при по-достъпни температури, което е важно за практическите приложения на тези квантови ефекти. Възможността да се контролират такива явления може да доведе до нови технологии, базирани на екзотични квантови фази.

Това откритие допълва поредица от изследвания в областта на неконвенционалната свръхпроводимост, насочени към изучаване на подобни материали при по-„удобни“ условия. Изследването, публикувано в Nature Communications, също така подкрепя хипотезата, че свръхпроводимостта в този материал може да се настройва чрез промяна на дълбочината на изследваната област. По-рано същият екип от изследователи, ръководен от Зураб Гугучия, установи връзка между нарушаването на симетрията на обръщане на времето и свръхпроводимостта в подобни кагоме материали.