![]() |
Понимание порядка или беспорядка помогает нам понять природу. Животные, как правило, хорошо вписываются в категории: млекопитающие, птицы, рептилии, аксолотль и т.д. Сортировка применима и к материалам: изолятор, полупроводник, проводник и даже сверхпроводник. Место материала в иерархии зависит от невидимого на первый взгляд взаимодействия электронов, атомов и их окружения. В отличие от животных, здесь границы не столь резкие, и изменение условий окружающей среды может заставить материал переходить из одной категории в другую. Например, снижение температуры превращает некоторые материалы в сверхпроводники. Если же включить магнитное поле, то этот эффект будет обратным. В пределах одной категории из моря частиц могут возникать различные типы упорядоченности, или фазы. К сожалению, мы не можем увидеть эту наноскопическую вселенную своими глазами, но ученые могут использовать современные средства визуализации, чтобы представить себе происходящее. Время от времени они обнаруживают неожиданные и удивительные формы поведения.
Под руководством Мадхавана исследователи из Иллинойского университета, Мэрилендского университета, Университета штата Вашингтон и Национального института стандартов и технологий наблюдали необычные волны заряда в кристалле дителлурида урана (UTe2). Теоретики, входящие в состав группы, разработали модель, которая связывает экспериментальные наблюдения с ранее невидимой гранью необычной сверхпроводимости этого кристалла. Результаты, впервые представленные на конференции в прошлом году, вдохновили других исследователей из Корнельского университета на прямые измерения дополнительных характеристик сверхпроводимости. Оба результата опубликованы в номере журнала Nature от 28 июня. Сверхпроводники были открыты только в 1900-х годах, и ученые до сих пор работают над объяснением огромного количества материалов, которые попадают в эту категорию. Данная работа является последней в ряду результатов, касающихся сверхпроводника UTe2. Кристаллы для этого исследования предоставили ученые из групп Николаса Бутча из NIST и Джонпьера Пальоне из Университета Мэриленда. При температуре окружающей среды UTe2 довольно непримечателен и напоминает немного блестящий расплавленный камень. При охлаждении материала жидким гелием он начинает проводить электричество, не нагреваясь, — это называется сверхпроводимостью. Обычная электропроводность — движение электронов, питающее электроприборы, — в основном является одночастичным эффектом. Это означает, что ученые могут объяснить и предсказать обычную проводимость, не учитывая физику электрон-электронных взаимодействий. Сверхпроводимость отличается тем, что в ней электроны взаимодействуют между собой, образуя так называемые куперовские пары. Пары Купера не одинаковы для всех материалов, поэтому сверхпроводимость имеет несколько разновидностей. Например, каждый электрон обладает свойством, называемым спином, который может быть ориентирован одним из двух способов: вверх или вниз. Когда два электрона связываются вместе, их спины могут быть ориентированы в противоположных направлениях или в одном направлении. Последнее называется триплетным спариванием и является редкой птицей в мире сверхпроводимости. За последние несколько лет ученые этой и других групп провели измерения, свидетельствующие о наличии в UTe2 триплетного спаривания. В данном исследовании экспериментаторы из группы Мадхавана использовали сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) для визуализации микроскопической структуры материала. В этом микроскопе нет ни линз, ни зеркал. Вместо этого электроны дают чувствительное окно в структуру UTe2. В микроскопе вольфрамовый наконечник перемещается по поверхности материала с субнанометровым разрешением. И наконечник, и материал являются частью электрической цепи, в которой электроны перемещаются через вакуум от наконечника к материалу. Квантовое туннелирование вызывает это движение, что и послужило причиной названия прибора. Установка работает при температуре 300 милликельвинов и магнитном поле до 11 Тесла. С помощью СТМ было обнаружено, что распределение электрического заряда не является равномерным — вместо этого имеются полосы.
Группа провела Фурье-анализ данных, который ясно показал, что волны зарядовой плотности присутствуют при низких магнитных полях, а затем исчезают при напряжении выше 10 Тл, где сверхпроводимость исчезает. Это был один из ключевых сигналов того, что волны каким-то образом связаны со сверхпроводимостью материала. Теоретики Джулиан Мэй-Манн и профессор физики Эдуардо Фрадкин из UIUC дали объяснение этим наблюдениям. По их мнению, волны плотности заряда порождаются совершенно другой волной в материале, состоящей из куперовских пар. Ни одна из этих волн не приливает и не отливает, как вода. Вместо этого они представляют собой статические изменения двух различных свойств: одно относится к заряду, другое — к взаимодействующим электронным парам. Вместе эти волны дают представление о типах порядка, возникающих в UTe2. Переплетающиеся волны «родитель-дочь» могут возникать и в других сверхпроводниках, содержащих атомы меди и кислорода. Новое исследование — это первый случай, когда ученые увидели доказательства этого в сверхпроводнике с триплетной парой.
02.08.2023 |
Хайтек
![]() | |
Scientific Reports: Создан ультразвуковой настраиваемый ЖК-рассеиватель света | |
Свет необходим для жизни. С момента ... |
![]() | |
APL Materials: Открыт метод лазерной печати для создания запоминающих устройств | |
Цифровые технологии не заменяют печатные.... |
![]() | |
Ученые МИСИС выяснили, как сделать суперконденсаторы ещё круче | |
Исследователи из университета МИСИС усове... |
![]() | |
Учёные МИСИС и ИФХЭ РАН разработали быстрый и дешёвый метод получения вольфрама | |
Учёные из Университета МИСИС и Инсти... |
![]() | |
IEEE Access: Актуатор в реабилитационных перчатках восстановит движение пальцев | |
Мягкие реабилитационные перчатки помогают паци... |
![]() | |
Science Advances: Ученые научились предсказывать водородное охрупчивание | |
При выборе материала для инфраструктурных... |
![]() | |
Учёные одновременно картировали температуру и поток в конвективных микропотоках | |
Исследователи из Токийского столичного ун... |
![]() | |
В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ | |
Образовательное пространство Технологическое м... |
![]() | |
PRC: Ядерная структура титана-48 меняется при наблюдении с разного расстояния | |
Физики из Osaka Metropolitan University в... |
![]() | |
Nature Physics: Новый коллайдер стал ближе с технологией маршалинга мюонов | |
Эксперименты показали, что мюоны можно ис... |
![]() | |
Опровергнута гипотеза о причине изменения формы сплавов при намагничивании | |
Учёные из Объединённого института ядерных... |
![]() | |
Ученые совершили рывок в локализации электролиза воды с анионообменной мембраной | |
Исследовательская группа под руководством... |
![]() | |
Исследование кристаллографов СПбГУ приведет к созданию более прочной керамики | |
Исследователи из Санкт-Петербургского уни... |
![]() | |
Квантовая томография выходит на новый уровень благодаря российским физикам | |
Учёные из Университета МИСИС и Росси... |
![]() | |
Ученые повысили рабочие характеристики изделий из никелевых суперсплавов | |
В МИСИС представили улучшенную технологию защи... |
![]() | |
Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм | |
Магнитные материалы традиционно классифицируют... |
![]() | |
Light Sci Appl: Фотонный фонарь, напечатанный в 3D, открывает новые возможности | |
Оптические волны, распространяющиеся по в... |
![]() | |
Nature Materials: Ученые разработали рентген, позволяющий заглянуть в кристалл | |
Группа исследователей из Нью-Йоркского ун... |
![]() | |
Nature: Международная группа ученых решает сложную физическую задачу | |
Сильно взаимодействующие системы играют важную... |
![]() | |
Неоднородная мягкость тел позволяет создавать более мягкие аморфные материалы | |
Ученые из Токийского столичного университ... |
![]() | |
Созданы чернила для 3D-печати гибких устройств без механических соединений | |
Для инженеров, работающих над мягкой робо... |
![]() | |
Инструмент прогнозирования ускорит исследования в области сверхпроводников | |
Функциональность многих современных передовых ... |
![]() | |
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом | |
С помощью большой языковой модели инженеры Мас... |
![]() | |
В двумерных сверхпроводниках открыта незаметная квантовая критическая точка | |
Слабые флуктуации в сверхпроводимости, яв... |
![]() | |
Роняйте на здоровье. Разработан материал для электроники с адаптивной прочностью | |
Неприятности случаются каждый день, и есл... |
![]() | |
2-фотонная фотоэмиссионная спектроскопия помогла понять поведение электронов | |
Органическая электроника — область,... |
![]() | |
Печатный полимер позволяет изучить хиральность и спины при комнатной температуре | |
Печатаемый органический полимер, который при&n... |
![]() | |
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах | |
Исследовательская группа, работающая в UN... |
![]() | |
PRL: Ученые продвинулись в управляемом ускорении электронов в микромасштабе | |
Исследователи из Стэнфорда приблизились к... |
![]() | |
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий | |
Когда речь заходит о сверхпроводящих куби... |