Учени доказаха съществуването на нов вид свръхпроводимост

Международен екип от физици, ръководен от учени от Йейлския университет в САЩ представи най-убедителните до момента доказателства за съществуването на нов вид свръхпроводящи материали.

Потвърждаването на съществуването на нематична фаза на материята е научен пробив, който може да отвори пътя към създаването на свръхпроводимост по нов начин.

Теорията на свръхпроводимостта включва раздел, в който се описва как протичането на електрически ток без съпротивление може да се обясни с електронна нематичност или фазово състояние на материята, при което частиците нарушават ротационната си симетрия. На теория химичните съединения могат да осигурят съществуването на нематична фаза. Това се дължи на факта, че при условията на стайна температура за електрона в атомите хоризонталната и вертикалната посока на потенциалното движение са неразличими по свойства. При значително по-ниски температури електроните могат да преминат в нематична фаза, в която една от посоките става по-предпочитана от частиците. В някои случаи електроните осцилират, като предпочитат едната или другата посока. Това поведение на електроните се нарича нематични флуктуации.

В продължение на много години физиците не можеха да докажат съществуването на свръхпроводимост, произтичаща от нематични флуктуации. Сега обаче учените успяха експериментално да потвърдят съществуването на правилната фаза на материята в смес от железни и серни селениди.

„Това са идеални материали за нашето изследване, тъй като те проявяват нематичен ред и свръхпроводимост без магнетизъм, което ги прави трудни за изследване.“

казва ръководителят на изследването Едуардо Х. Да Силва Нето

При експеримента изследователите охлаждат образци от материала до температура под 500 миликелвина (272,65°C). В това състояние всички движения и вибрации на атомите на практика спират. За наблюдение на пробите е използван сканиращ тунелен микроскоп (STM), който може да се използва за изобразяване на квантовите състояния на електроните. Учените се фокусират върху изследването на образци, които имат по-изразени нематични флуктуации. Те трябвало да открият „енергийна разлика“, която е показател за наличието и силата на свръхпроводимостта. Експериментът доказа съществуването на желаната празнина, която напълно съответстваше на теоретичните параметри на свръхпроводимостта, причинена от нематичността на електроните.

„Доказването на съществуването на празнината беше много трудно, тъй като за точното измерване на празнината са необходими сложни STM измервания при много ниски температури. Следващата стъпка е да проучим този процес още по-внимателно. Какво се случва със свръхпроводимостта при увеличаване на съдържанието на сяра? Ще изчезне ли тя? Ще се върнат ли спиновите флуктуации?“

споделя за по-нататъшните си планове Да Силва

В бъдеще учените ще могат да не се фокусират върху магнитните параметри на свръхпроводимостта, както са го правили досега. Една от обещаващите области за бъдещи изследвания ще бъде контролът на нематичните флуктуации. Това потенциално би могло да доведе до свръхпроводници, които могат да работят при по-високи температури.