Физики из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне обнаружили новую форму сверхпроводящего поведения. Эксперименты с металлом дителлуридом урана показали, что куперовские пары — составные единицы электронов, отвечающие за сверхпроводимость, — могут организовываться в неоднородные структуры, которые существуют даже при отсутствии основной сверхпроводящей фазы. Эту информацию сообщает сайт Phys.org.
Эти структуры, известные как волны парной плотности (PDW), были предсказаны 20 лет назад и ранее наблюдались вместе со сверхпроводимостью в других металлах. Новое исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, впервые предоставляет прямые доказательства того, что PDW могут сохраняться в «обычной» фазе после исчезновения сверхпроводимости.
«Волны парной плотности — это улыбка Чеширского кота сверхпроводимости, — говорит Эдуардо Фрадкин, профессор физики и соавтор проекта. — Они остаются после того, как сама фаза исчезла. В обычных сверхпроводниках куперовские пары формируются при полном фазовом переходе, но в этой системе их наблюдение в PDW выше точки перехода показывает, что они образуются заранее в другом состоянии».
Благодаря новым методам выращивания более качественных образцов исследователи смогли наблюдать спектральные сигнатуры, которые реагируют на температуру и магнитные поля точно так, как должны вести себя PDW. «Мы даже показали, что моды сохраняются выше температуры, при которой сверхпроводимость исчезает, — это теоретическое предсказание, которое ранее не было убедительно подтверждено», — отметила Видья Мадхаван, профессор физики и соавтор проекта.
Дителлурид урана до 2019 года считался обычным металлом, пока не была обнаружена его сверхпроводящая фаза ниже 2 кельвинов. Учёные полагают, что это редкий триплетный сверхпроводник, аналогичный сверхтекучему гелию-3. Для исследования потребовались образцы высокого качества, выращенные новым методом расплава, и векторный магнитный полевой сканирующий туннельный микроскоп, позволяющий изучать кристаллы в разных направлениях.
Данные показали, что моды, связанные с PDW, продолжают существовать выше критической температуры, когда основная сверхпроводящая фаза уже отсутствует. «Любое объяснение, основанное только на волнах зарядовой плотности, противоречит фундаментальным принципам физики конденсированного состояния, — пояснил Джулиан Мэй-Манн, бывший аспирант, участвовавший в теоретическом анализе. — Объяснение на основе PDW даёт удовлетворительную и последовательную картину».
Хотя STM-изображения характеризуют только поверхностные эффекты, исследователи надеются, что результаты укажут новые направления в изучении нетрадиционных сверхпроводников.