Университет Иллинойса в Урбана-Шампейн, Grainger College of Engineering, сообщил о промежуточном открытии: в уране-дителуриде выявлены необычные формы сверхпроводимости. Исследователи нашли свидетельства того, что пары Купера — фундаментальная параллель сверхпроводимости — могут располагаться в неравномерных паттернах, даже когда материал уже не находится в своей главной сверхпроводящей фазе. Эти паттерны названы парами плотностных волн (PDW). Публикация вышла в Proceedings of the National Academy of Sciences, и в ней приводится первое прямое доказательство того, что PDW в ураний дитетелуриде могут сохраняться в «обычной» фазе после исчезновения сверхпроводимости.

«Пары плотностных волн — улыбка как у Чеширского кота сверхпроводимости: это отпечаток, который остается после исчезновения самой фазы», — сказал Эдуардо Фрадкин, профессор физики и сопредседатель проекта из Иллинойса. «Они — след, который остается, когда фаза исчезает. В обычных сверхпроводниках пары формируются после полного фазового перехода, но в этой системе их наблюдение в PDW выше точки перехода указывает на то, что они формируются заранее в другой состоянии».

«Благодаря новым методам выращивания образцов более высокого качества мы смогли зафиксировать сигнатуры спектра, которые реагируют на температуру и магнитные поля так, как должны реагировать PDW», — добавляет Vidya Madhavan, профессор физики и сопредседатель проекта. «Мы даже показали, что режимы сохраняются выше температуры, при которой исчезает сверхпроводимость — это предсказываемое теорией явление, ранее неубеждаемо наблюдаемое».

Чтобы понять, что стоит за этим явлением, исследователи пользуются теориями и экспериментами, объясняющими концепцию PDW и контекст нестандартных сверхпроводников. В публикации упоминается, что PDW могло существовать еще до перехода в сверхпроводящую фазу, и что наблюдения PDW в системе без полной сверхпроводимости дают новую ложку в понимании механизма пары Купера в этом материале.

В рамках проекта команда добавила детали о материалах: до 2019 года уран-дителурид считался обычным металлом, затем было обнаружено, что он переходит в сверхпроводящее состояние ниже 2 К. Упоминалось предположение о возможной triplet-паре сверхпроводимости, аналогичной суперфлуиду гелия-3, что усиленно обсуждалось учеными в контексте данного материала. В конечном итоге коллектив пришел к выводу, что уран-дителурид может быть.triplet-пар сверхпроводник, что подчеркивает особую природу PDW и их связь с объяснением устойчивых режимов выше температуры перехода.

Для проверки гипотез участники проекта обратились к улучшению качества образцов: с использованием новой плавящейся технологии роста и применением сканирующей туннельной микроскопии с векторным магнитным полем, чтобы изучать поверхность материала под воздействием полей из разных направлений. Это позволило увидеть те же эффекты при контролируемых направлениях поля и температуре, чего ранее не удавалось добиться из-за примесей и анизотропии кристаллов.

Эксперимент показывал, что режимы, соответствующие PDW, изменялись под воздействием температуры и поля так, как и ожидалось для PDW. Удивительным стал факт, что некоторые моды сохранялись даже после того, как материал перешел за предел критической температуры и исчезла основная сверхпроводящая фаза. Признанные принципы конденсированного состояния могут ограничивать, как различные фазы могут появляться и исчезать при изменении температуры или поля, и PDW-пояснение предоставляет более согласованное объяснение наблюдений.

Однако исследование сохраняет ограничение: туннелирование сканирующей туннельной микроскопии измеряет только поверхность материала, поэтому эксперимент не прямо раскрывает происходящее внутри ураний дитетелурида. Тем не менее команда считает, что результаты дают сильный намек на внутреннее поведение и могут открыть новые направления для изучения нестандартной сверхпроводимости.

Как отмечают участники, «внутри может происходить состояние, отличное от поверхности», но полученные данные позволяют увидеть общую картину и связанные процессы. В целом сочетание зависимости от температуры, магнитного поля и улучшенного качества образцов формирует «очень правдоподобную» картину состояния PDW в системе.