Відкриття кидає виклик теоріям: фізики побачили дивну квантову поведінку в надпровідниках

Нове дослідження показує, що сильно невпорядковані надпровідники мають квантовий фазовий перехід першого роду. Це раптовий перехід із надпровідного в ізолюючий стан. Це відкриття абсолютно неймовірне, оскільки такі раптові зміни не спостерігаються в надпровідниках. Зазвичай у них відбуваються квантові фазові переходи другого роду, які є повільними і поступовими. Фізики вважають, що виявлені різкі фазові переходи можуть допомогти у створенні нових квантових матеріалів. Дослідження опубліковано в журналі Nature Physics, пише Interesting Engineering.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Фазовими переходами називаються зміни стану матеріалу, коли він переходить, наприклад, із твердого в рідкий або з надпровідного в ізолюючий стан. Такі зміни відбуваються, коли певні параметри, наприклад, температура або тиск, перетинають критичну точку.

Є ще одна властивість, яка впливає на фазовий перехід, і вона називається надтекучою жорсткістю. Це міра того, наскільки стійкий надпровідний стан матеріалу до змін фази, що відіграє ключову роль у розумінні того, як надпровідність руйнується під час фазових переходів.

Зазвичай, коли надпровідники мають фазовий перехід, надплинна жорсткість безперервно і плавно зменшується. Але фізики спостерігали щось незвичайне, коли вивчали аморфні плівки оксиду індію. Оксид індію має кілька структурних, хімічних та атомних порушень. Щоб зрозуміти, як ці порушення можна точно налаштувати, фізики вивчили, як матеріал поводиться в міру того, як він стає більш невпорядкованим.

Для цього вчені використовували мікрохвильову спектроскопію і цей метод допоміг точно виміряти надплинну жорсткість оксиду індію. Як показало дослідження, замість поступової зміни відбулося несподівано різке зниження надплинної жорсткості плівок оксиду індію.

Матеріал поводиться як надпровідник, коли пара електронів, відома як куперівська пара, рухається разом скоординованим чином. Під час дослідження фізики виявили, що, коли в матеріал вноситься безлад, це змушує куперівські пари поводитися незвичним чином.

Зазвичай куперівські пари допомагають матеріалу проводити електрику без опору, але за достатнього безладу ці пари починають конкурувати одна з одною. Це призводить до конфлікту між надпровідним станом та ізолюючим станом.

Фізики виявили, що температура, за якої досліджуваний матеріал втрачав надпровідну здатність, більше не визначалася тим, наскільки сильно електрони спаровувалися, а самою надтекучою жорсткістю.

Це означає, що матеріал увійшов в особливий стан, в якому пари електронів утворюються, але не поводяться скоординованим чином для підтримки надпровідності. Такий квантовий стан є критичною фазою в деяких квантових матеріалах, особливо високотемпературних надпровідниках, оскільки він допомагає пояснити їхню поведінку і виявити потенціал для використання в квантових технологіях, кажуть фізики.

Фокус уже писав про те, що вченим вперше вдалося виміряти квантову форму електронів. Фізики змогли виміряти геометричну форму, яку набуває один електрон, коли він рухається через тверде тіло.

Також Фокус писав про те, що астрономи виявили в космосі дивне явище, яке суперечить моделі еволюції Всесвіту. Астрономи виявили групу карликових галактик, які мають незвичайні властивості і дуже дивне розташування, що збиває з пантелику вчених.