В журналі Nature вчені повідомляють про відкриття потенційно нового стану матерії. Результати експериментів показують, що в надпровідниках у сильних магнітних полях спостерігається явище порушення електронної симетрії. Знаходячи схожості та відмінності серед класів матеріалів з такими властивостями, вчені можуть встановлювати ключові компоненти, які володіють новими властивостями, такими як надпровідність.
Надпровідники з важкими ферміонами — це сполуки рідкісноземельних металів та актиноїдів.
У важкого ферміонного надпровідника CeRhIn5 в сильному магнітному полі з’являється так званий електронний нематичний стан, у якому електрони в матеріалі вишиковуються у такий спосіб, щоб зменшити симетрію у первинному кристалі. Тепер це здається універсальною властивістю нетрадиційних надпровідників. Нетрадиційна надпровідність виникає біля фазової межі, яка розділяє магнітно впорядковані та невпорядковані фази матеріалу.
“Поява електронного впорядкування, названого нематичною поведінкою, в модельних важких ферміонних надпровідниках свідчить про взаємозв’язок нематичності та нетрадиційної надпровідності. Звідси випливає, що нематичність є звичною для надпровідних матеріалів”, — стверджує фізик Філіп Роннінг з Лос-Аламоської національної лабораторії, провідний автор дослідження. Важкі ферміони — це інтерметалеві сполуки, які включають рідкісноземельні елементи та актиноїди.
“Важкі ферміонні матеріали мають іншу ієрархію енергетичних масштабів, ніж у перехідних металів чи органічних речовин, проте у них однакові фізичні властивості у стосунку до спіну, заряду та ступенів свободи в ґратці”, — додає науковець.
Дослідники спостерегли появу флуктуючого нематичного стану при квантовій критичній точці CeRhIn5, що виникає при індукції магнітного поля 50 Тесла. Нематичні стани характеризують рідкі кристали, в яких молекули вишикувані паралельно, однак не періодично. Нематоподібні стани раніше спостерігали в перехідних металевих системах в точці магнітних та надпровідникових фазових переходів. Поява цієї властивості вказує на зв’язок нематичності та нетрадиційної надпровідності. Проте новий нематичний стан, виявлений у CeRhIn5, порівняно з іншими системами, полягає в тому, що він може легко обертатися у напрямку напруженості магнітного поля.
Експеримент провели на потужному генераторі імпульсного магнітного поля Національної лабораторії високого магнітного поля в Лос-Аламосі, адже для досягнення його результатів знадобились потужні магнітні поля. Крім того, для експерименту були необхідні спеціальні мікронні пристрої, виготовлені за допомогою іонно-променевого фрезерування, яке виконали німецькі спеціалісти. Це дало змогу провести транспортні вимірювання у сильних магнітних полях.
Надпровідність широко використовують в магнітному резонансному зніманні (MRI), прискорювачах частинок, пристроях для магнітного утримання плазми та радіочастотних та мікрохвильових фільтрах.
Superconductivity research reveals potential new state of matter
Science Daily, 16/08/2017
Зреферував Євген Ланюк
19.08.2017