Учени усукаха загадъчен свръхпроводник и получиха неочакван резултат

Ключов експеримент показа, че усукването на загадъчния свръхпроводник стронциев рутенат (Sr₂RuO₄) почти не променя неговото поведение, опровергавайки утвърдените теории. Резултатът стеснява кръга на възможните обяснения, но в същото време създава нова научна загадка.

Свръхпроводниците са материали, които позволяват на електричеството да тече през тях без съпротивление, обикновено само при екстремно ниски температури. Докато повечето от тях се подчиняват на добре изучени физични закони, стронциевият рутенат остава загадка от момента на откриването на неговите свръхпроводящи свойства далечната през 1994 година. Това е един от най-подробно изследваните нетрадиционни свръхпроводници, но учените все още не могат постигнат единодушие за това как в него се образуват електронни двойки и каква симетрия управлява този процес.

Един от начините за изследване е наблюдението на това как критичната температура на прехода към свръхпроводящо състояние (Tc) реагира на деформацията на кристала. Различните свръхпроводящи състояния реагират по различен начин на разтягане, сгъстяване или усукване. Предишни изследвания, особено с използване на ултразвук предполагаха, че в Sr₂RuO₄ може да съществува двукомпонентно свръхпроводящо състояние. Такова сложно състояние може да породи необичайни ефекти, като вътрешни магнитни полета или едновременното съществуване на няколко свръхпроводящи области. Очакваше се обаче, че такова състояние ще реагира силно на деформация поради срязване.

Експериментът с прецизно срязване даде неочакван резултат

За да провери тази хипотеза, изследователска група от Киотския университет разработи експеримент за прилагане на контролирана деформация върху Sr₂RuO₄. Те създадоха метод за въвеждане на три различни вида срязваща деформация в изключително тънки кристали от материала. Деформацията при срязване прилича на изместване на горната част на тестето карти спрямо долната. Използвайки високопрецизна оптична визуализация, учените измериха деформацията при температури до 30 градуса по Келвин (-243°C).

Резултатът се оказа неочакван: критичната температура на свръхпроводимостта почти не се промени. Всяка промяна на Tc беше по-малка от 10 миликелвина на процент деформация, което е практически невъзможно да се регистрира достоверно.

Резултатите оспорват водещите теории

Наблюденията показват, че деформацията със срязване почти не оказва влияние върху прехода на Sr₂RuO₄ в свръхпроводящо състояние. Този резултат опровергава няколко съществуващи теории и налага сериозни ограничения върху видовете свръхпроводящи състояния, които все още биха могли да бъдат възможни. Вместо да подкрепят двукомпонентно състояние, данните сочат към еднокомпонентно състояние или (вероятно) към по-нетрадиционно състояние, което все още не е напълно проучено.

„Нашето изследване представлява важна стъпка към разрешаването на една от най-дългогодишните загадки във физиката на кондензираното състояние.“

казва първият автор на изследването Джордано Матони от Изследователския център Toyota Riken в Университета в Киото

Появява се нова загадка

Въпреки че резултатите стесняват кръга от възможности, те създават и нов проблем. Предишните ултразвукови експерименти ясно показаха силна реакция на срязваща деформация, докато тези директни измервания демонстрират почти пълната й липса. Обяснението на това несъответствие сега се превърна в важен отворен въпрос за изследователите.