Учёные из Университета Иллинойса в Урбан-Чампейн сообщили об убедительных свидетельствах существования так называемой волновой плотности пар (PDW) на поверхности металла ураний дителлурид (UTe2). Эти результаты опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Впервые паттерны PDW нашли именно на поверхности материала, и что важно — они сохраняются даже за пределами обычного сверхпроводящего состояния, что ранее не наблюдалось.

Уточняется, что сверхпроводимость ураний дителлурид наступает при комнатном давлении ниже примерно 2,1 kelvin. Ранее материал считался редким примером спин‑триплетной сверхпроводимости, в рамках которой электроны образуют пары и обладают небольшим магнитным ориентированием. В новой работе исследователи применяли специально изготовленный образец и «векторное» магнитное сканирующее туннельное микроскопирование для вычленения магнитной отклика в разных направлениях.

Систематически варьируя величину и направление внешнего поля, а также температуру, учёные отслеживали, как развиваются эти моды PDW и убедились в их внутриистинности. По словам Зен Чжу, ключевым преимуществом эксперимента стало новое оборудование с векторным магнитом, которое позволяет задавать диапазон поля вдоль нескольких направлений. В сочетании с изменением температуры это позволило проследить эволюцию режимов и повысить уверенность в том, что наблюдаемое свойство не является артефактом.

Авторы также добавили теоретические модели, чтобы объяснить пространственные заряженные паттерны, наблюдаемые как ниже критической температуры сверхпроводимости, так и выше неё. Важной находкой стало наблюдение того, что моды PDW сохраняются за пределами температуры, при которой исчезает сверхпроводимость — это теоретическое предсказание, которое ранее не было убедительно подтверждено. Эту часть работы подчёркивают как свидетельство того, что пары Cooper могут формироваться заранее в ином состоянии, а не в момент полного фазового перехода.

Хотя Bulk‑сверхпроводимость в этом температурном диапазоне не происходит, результаты дают ценную информацию о том, как работают пары Cooper и как они могут существовать вне традиционной сверхпроводящей среды. Исследование подчёркивает, что взаимосвязь PDW и других состояний, таких как волны зарядовой плотности (CDW), требует дальнейшего анализа, чтобы правильно интерпретировать будущие эксперименты. По словам Джулиана Мей‑Манна из Стэнфорда, подтверждение существования PDW требует и качественных экспериментальных данных, и аккуратного теоретического анализа.

Работа опубликована в PNAS. По данным авторов и коллег, развитие методов получения высококачественных образцов позволило увидеть спектральные сигнатуры, зависящие от температуры и магнитного поля так, как и должны вести себя PDW. Условия эксперимента не означают» что bulk‑сверхпроводимость происходит при более высоких температурах, но помогают лучше понять поведение куперовских пар и их возможное существование за пределами обычного сверхпроводящего состояния, что может способствовать дальнейшему развитию теоретических и практических подходов к сверхпроводникам.