Исследователи из Корнелла визуализировали спин-триплетный кристалл

Ученые обнаружили новую фазу материи в топологических сверхпроводниках-кандидатах, которая может иметь значительные последствия для физики конденсированных сред и для области квантовых вычислений и спинтроники.

Исследователи из Объединения Макроскопической квантовой материи в Корнелле обнаружили и визуализировали кристаллическое, но сверхпроводящее состояние в новом и необычном сверхпроводнике, дителлуриде урана (UTe2), используя один из самых мощных в мире милликельвиновых сканирующих джозефсоновских туннельных микроскопов (SJTM). Этот «спин-триплетный электрон-парный кристалл» представляет собой ранее неизвестное состояние топологической квантовой материи.

Результаты исследования, озаглавленные «Обнаружение волнового состояния парной плотности в UTe2», были опубликованы 28 июня в журнале Nature. Цянцян Гу, постдокторский исследователь, работающий в лаборатории физика Джей Си Сеамуса Дэвиса, заслуженного профессора Колледжа искусств и наук имени Джеймса Гилберта Уайта, руководил исследованием вместе с Джо Кэрроллом из Университетского колледжа Корка и Шуцю Вангом из Оксфордского университета.

Сверхпроводники являются топологическими, когда потенциал спаривания обладает нечетностью, что приводит к тому, что каждая электронная пара принимает спин-триплетное состояние, при котором оба электронных спина ориентированы в одном направлении. Топологические сверхпроводники являются объектом интенсивных исследований физиков, поскольку теоретически они могут стать материальной платформой для сверхстабильных квантовых компьютеров, говорит Гу.

Однако даже после десятилетия интенсивных исследований топологической сверхпроводимости ни один объемный материал не был окончательно признан спин-триплетным сверхпроводником нечетной четности, за исключением сверхтекучего 3He, который также был открыт в Корнелле. Недавно новый экзотический материал дителлурид урана (UTe2) стал весьма перспективным кандидатом на эту классификацию. Однако параметр его сверхпроводящего порядка остается неуловимым, говорит Гу.

В 2021 году физики-теоретики начали предполагать, что UTe2 находится в состоянии топологической пары плотность-волна (PDW). До сих пор не было обнаружено ни одной подобной формы квантовой материи.

Проще говоря, PDW — это как стационарный танец парных электронов в сверхпроводнике, но пары образуют периодические кристаллические узоры в пространстве.

Наша команда в Корнелле обнаружила первый в истории PDW в 2016 году с помощью сверхпроводящего туннельного микроскопа со сканирующим джозефсоновским наконечником, который мы изобрели для этой цели, — сказал Гу.

С тех пор мы стали первыми исследователями SJTM при температурах в милликельвинах и с разрешением по энергии в микровольтах. В рамках проекта UTe2 мы непосредственно визуализировали пространственные модуляции потенциала сверхпроводящего спаривания на атомном уровне и обнаружили, что они модулируются точно так, как это предсказывается в состоянии PDW, поскольку плотность электронных пар периодически модулируется в пространстве. Мы обнаружили новое состояние квантовой материи — топологическую волну плотности пар, состоящую из спин-триплетных пар Купера.

Волны плотности куперовских пар — это форма электронной квантовой материи, в которой пары электронов застывают в сверхпроводящем состоянии PDW, а не образуют обычную «сверхпроводящую» жидкость, где все находятся в одном и том же свободно движущемся состоянии.

Открытие первого PDW в спин-триплетных сверхпроводниках является захватывающим, — заключил Гу.

Тяжелые фермионные сверхпроводящие соединения на основе урана представляют собой новый и экзотический класс материалов, которые являются перспективной платформой для реализации топологической сверхпроводимости. … Наше научное открытие также указывает на повсеместную природу этого интригующего квантового состояния в s-волновых, d-волновых и p-волновых сверхпроводниках и проливает свет на новые пути для идентификации таких состояний в широком спектре материалов.

09.07.2023


Подписаться в Telegram



Хайтек

Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий

Когда речь заходит о сверхпроводящих куби...

Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов
Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов

Исследователи из Калифорнийского универси...

PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути
PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути

Исследователи из Принстона применили спле...

Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ
Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ

Ученые из Томского политехнического униве...

Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света
Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света

В основе глобальной интернет-связи лежит оптич...

Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения
Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения

Мемристорные устройства представляют собой кат...

Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников
Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников

Замещающее легирование чужеродными элементами ...

Angewandte Chemie: Ученые объяснили, почему металлы превращаются в стекло
Angewandte Chemie: Ученые объяснили, почему металлы превращаются в стекло

Если проникнуть глубоко-глубоко под повер...

Создан катализатор для преобразования нитратного загрязнения в аммиак
Создан катализатор для преобразования нитратного загрязнения в аммиак

Загрязнения, извергаемые бурно развивающейся м...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Транзисторы на основе бальзового дерева усилят позиции зеленой электроники
Транзисторы на основе бальзового дерева усилят позиции зеленой электроники
Наноразмерное покрытие ускоряет работу катализаторов на основе наночастиц золота
Наноразмерное покрытие ускоряет работу катализаторов на основе наночастиц золота
Scientific Reports: ИИ показал больший творческий потенциал, чем человек
Scientific Reports: ИИ показал больший творческий потенциал, чем человек
Ecology: Японские медведи в поисках пищи разоряют лесопосадки
Ecology: Японские медведи в поисках пищи разоряют лесопосадки
NSMBio: Исследование проливает свет на истоки неврологических заболеваний
NSMBio: Исследование проливает свет на истоки неврологических заболеваний
British Journal of Anaesthesia: Ученые выявили ошибку в работе пульсоксиметров
British Journal of Anaesthesia: Ученые выявили ошибку в работе пульсоксиметров
FEARC: Археологи используют фундук для реконструкции древних лесных массивов
FEARC: Археологи используют фундук для реконструкции древних лесных массивов
PRL: Ученые продвинулись в управляемом ускорении электронов в микромасштабе
PRL: Ученые продвинулись в управляемом ускорении электронов в микромасштабе
Blood: Создана новая стратегия поиска и уничтожения стволовых клеток лейкемии
Blood: Создана новая стратегия поиска и уничтожения стволовых клеток лейкемии
Лесовосстановления недостаточно для возмещения углерода от заготовки древесины
Лесовосстановления недостаточно для возмещения углерода от заготовки древесины
PNAS Nexus: Хоть горшком назовите, только учитывайте культурные различия
PNAS Nexus: Хоть горшком назовите, только учитывайте культурные различия
Nature Comm: Ошибка Пифагора вынуждает пересмотреть принципы создания музыки
Nature Comm: Ошибка Пифагора вынуждает пересмотреть принципы создания музыки
Открыт антивозрастной эффект витамина D и рецептора в средней кишке дрозофилы
Открыт антивозрастной эффект витамина D и рецептора в средней кишке дрозофилы
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Journal of the American Heart Association: Сидячий образ жизни приближает смерть
Journal of the American Heart Association: Сидячий образ жизни приближает смерть

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса