Его сверхпроводящее состояние возникает только при крайне специфических направлениях магнитного поля.
Австрийские ученые наконец-то выяснили причину, по которой странный сверхпроводник на основе урана, похоже, оживает под воздействием мощных магнитных полей, словно бросая вызов общепринятым законам физики.
Этот материал, известный как дителлурид урана (или UTe2), представляет собой нетрадиционный сверхпроводник с тяжелыми фермионами. Широко распространено мнение, что это сверхпроводник с утроенным спином, и он ставит физиков в тупик с момента своего случайного открытия в 2019 году.
Причина кроется в его необычном поведении по сравнению с большинством сверхпроводников, которые позволяют электрическому току протекать с нулевым сопротивлением, особенно при чрезвычайно низких температурах. В большинстве случаев сильные магнитные поля разрушают сверхпроводимость.
Однако сверхпроводящее состояние UTe2 впервые нарушается при магнитных полях примерно в 10 Тесла (более чем в три раза сильнее, чем те, которые используются в большинстве МРТ-сканеров), после чего оно загадочным образом снова восстанавливает нулевое сопротивление при гораздо более сильных магнитных полях от 40 до 70 Тесла. Одна Тесла способна поднять автомобиль на свалке.
Бросая вызов квантовой физике
Ученые из Австрийского института науки и технологий (ISTA), расположенного в городе Клостернойбург, провели обширные исследования материала UTe2. Они пришли к выводу, что, возможно, наконец-то поняли причину так называемой «реентрантной сверхпроводимости».
Кимберли Модик, доктор философии, доцент института, сказала, что исследователи давно считают, что магнетизм играет огромную роль в нетрадиционной сверхпроводимости. «Но загвоздка в том, что UTe2 не является магнитным», — отметила она. «Поэтому на первый взгляд не очевидно, почему этот материал демонстрирует такое особое сверхпроводящее состояние».
Источник: ISTA
Чтобы понять, как возникает эта необычная сверхпроводимость в UTe2, ученые исследовали материал до того, как в условиях экстремальных магнитных полей появилась реентрантная сверхпроводимость. Используя установки с импульсными полями, они подвергли образцы быстрым импульсам магнетизма, достигающим 60 Тесла в течение десятой доли секунды.
Валеска Замбра, аспирантка и ведущий автор исследования, сказала, что команда стремилась определить, могут ли магнитные флуктуации внутри материала объяснить сверхпроводимость в сильных магнитных полях. Они разработали метод исследования образца в условиях экстремальных магнитных полей с помощью контролируемого механического «покачивания».
Метод на практике
Замбра сказал, что они поместили образец на стержень, похожий на консоль, чтобы манипулировать им и встряхивать его внутри магнитного поля. «С точки зрения кристалла, встряхивание создает впечатление, что направление магнитного поля колеблется во времени, что позволяет быстро проверить намагниченность в условиях изменяющегося поля».
Этот метод позволил исследователям получить доступ к поперечной магнитной восприимчивости в ранее недоступных условиях. Так они обнаружили область сильной поперечной магнитной восприимчивости в UTe2, которая действует как связующее звено, удерживающее электроны вместе. Это помогло объяснить сверхпроводимость в сильном магнитном поле.
Исследователи заявили, что эта работа важна не только для понимания самого UTe2, но и для открытия новых путей изучения экзотических квантовых материалов. Используя образцы размером меньше крупинки соли, им удалось измерить практически бездефектные фрагменты UTe2.
Источник: ISTA
Они также разработали методы изготовления и точной интеграции этих крошечных образцов в эксперимент. «Измерение образцов небольшого размера, примерно равных толщине человеческого волоса, представляет собой особенно сложную задачу, но именно в этом специализируется наша группа», — подчеркнул Модич.
Лаборатории, работающие в условиях сильного магнитного поля, уже связались с группой ISTA, чтобы внедрить новую методику измерений в свои эксперименты. Модич отметил, что UTe2 может проявлять ранее неизвестный тип сверхпроводимости.
«Хотя существуют и другие нетрадиционные сверхпроводники, UTe2 делает слово „нетрадиционный“ почти преуменьшением», — заключила она в пресс-релизе.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Sourse: interestingengineering.com
