Команда вчених з Іллінойського університету в Урбана-Шампейн виявила докази існування екзотичного стану електронів, відомого як «хвилі щільності пар» (pair density waves, PDW), у металі уран-дителлурид. Це явище, яке фізики порівнюють з «усмішкою Чеширського кота», вдалося зафіксувати за межами стану надпровідності, що є безпрецедентним досягненням для науки.
У звичайних умовах надпровідність виникає при екстремально низьких температурах, коли електрони об’єднуються в так звані пари Купера, що дозволяє їм рухатися крізь матеріал без опору та втрат енергії. Гіпотезу про існування PDW, де ці пари формують специфічні візерунки, подібні до піщаних хвиль, висунули ще у 2007 році. Нове дослідження, опубліковане в PNAS, підтверджує ці теоретичні припущення на практиці.
Для вивчення зразків уран-дителлуриду дослідники використали спеціально розроблений скануючий тунельний мікроскоп із векторним магнітним полем. Це обладнання дозволило вимірювати магнітні реакції в різних напрямках і з високою точністю. Як зазначив фізик Чжень Чжу, можливість систематично змінювати магнітне поле та температуру стала ключовим фактором, що дозволив відстежити еволюцію цих електронних станів.
Уран-дителлурид переходить у стан надпровідності при температурі близько 2,1 Кельвіна (приблизно -271 °C). Його вважають рідкісним «спін-триплетним» надпровідником, де пари електронів мають специфічну магнітну орієнтацію. Дослідникам вдалося зафіксувати спектральні ознаки PDW не лише нижче критичної температури, а й значно вище за неї, де матеріал вже не є надпровідним.
«Хвилі щільності пар — це усмішка Чеширського кота в надпровідності. Це слід, який залишається після того, як сама фаза вже зникла», — пояснив фізик Едуардо Фрадкін.
Це відкриття не означає, що матеріал стає надпровідником при вищих температурах, проте воно дає важливе розуміння того, як функціонують пари Купера. Науковці сподіваються, що ці дані допоможуть розгадати фізичні механізми, необхідні для створення надпровідників, які працюватимуть у більш доступних температурних режимах. У майбутньому це може кардинально змінити технології передачі енергії, обчислювальні системи та транспорт.
Джерела: sciencealert.com
