Надпровідник Kagome порушує правила при рекордних температурах

 Використовуючи обертання обертання мюонів у швейцарському джерелі мюонів SmS, дослідники з Інституту Пауля Шеррера (PSI) виявили, що квантове явище, відоме як порушення симетрії інверсії часу, відбувається на поверхні надпровідника Кагоме RbV3Sb5 при температурах до 175 K. Це встановлює новий рекорд температури, при якій спостерігається порушення симетрії інверсії часу серед систем Кагоме.

Так, ви правильно прочитали: 175 К, або -98 градусів за Цельсієм. У квантовому світі це насправді дуже жарко. В основному матеріалу RbV3Sb5 порушення симетрії інверсії часу відбувається при значно нижчій температурі, тобто 60 К, або -213 градусів за Цельсієм, пише phys.org.

Порушення симетрії зі зворотним часом (TRS-breaking) є ознакою незвичайної електронної та магнітної поведінки, яка може призвести до екзотичних квантових фаз: явищ, які потенційно можуть бути дуже корисними для квантових технологій. Отже, знайти це при більш "керованій" температурі - це захоплююче.

Симетрія обернення часу (TRS) — це ідея про те, що закони фізики однакові незалежно від того, чи йде час вперед чи назад. У деяких матеріалах, таких як цей надпровідник Кагоме, ця симетрія може бути порушена, тобто система поводиться по-іншому, якщо час повернути назад.

У досліджуваному в цій роботі матеріалі Кагоме за певних умов колективна поведінка електронів (відома як порядок заряду) створює магнітні поля, які порушують цю симетрію. Цей тип порядку заряду пов'язаний з незвичайними магнітними і транспортними властивостями, тому викликає великий інтерес.

Кагоме — це назва традиційного японського дизайну плетіння кошиків, утвореного візерунком із трикутників, що мають спільні кути. Але фізики конденсованого середовища деякий час тому виявили, що якщо атоми розташовані в цій структурі, колективна поведінка електронів призводить до екзотичних і популярних квантових явищ.

У випадку RbV3Sb5 однією з цих властивостей є надпровідність, яка досягає температури нижче 2 градусів за Кельвіном. Інші квантові явища, які також є перспективними для технологічних застосувань, з’являються при вищих температурах. Наприклад, наш хороший знайомий TRS-breaking.

Однак ключ тут не тільки в тому, що руйнування TRS відбувається при високій температурі. Справа в тому, що це залежить від глибини матеріалу, тобто від відстані від поверхні до об’єму. Це означає, що квантову фазу можна налаштувати.

Ця можливість налаштування пропонує шлях до контролю електронних і магнітних властивостей матеріалу за більш доступних температур. Важливою частиною використання екзотичних квантових явищ у реальних програмах є можливість маніпулювати ними.

Зрештою, ця історія є частиною ширшої загадки нетрадиційної надпровідності та її пошуку в більш доступних умовах. Поточне дослідження опубліковано в журналі Nature Communications.

Та ж дослідницька група під керівництвом Зураба Гугучіа раніше пов’язувала руйнування TRS із надпровідністю в цьому матеріалі. Хоча останнє дослідження не досліджувало надпровідність, команда вважає, що їхні висновки вказують на те, що надпровідність також можна регулювати з глибиною; те, що команда планує дослідити.

Якщо ця історія звучить знайомо, ви звернули увагу. Гугучіа та його команда опублікували в Nature у 2022 році велике відкриття порядку заряду, що порушує TRS, у подібному надпровіднику Кагоме: великий прорив у цій галузі. Відтоді вони показали, як це явище можна настроїти за різних умов, і встановили зв’язок із нетрадиційною надпровідністю.