Истражувачите од Универзитетот Корнел идентификуваа нова состојба на материјата во кандидатите за тополошки суперпроводници, откритие што може да има далекусежни импликации и за физиката на кондензирана материја и за полето на квантното пресметување и спинтрониката.
Истражувачите од групата за макроскопска квантна материја во Корнел открија и визуелизираа кристална, но суперспроводлива состојба во нов и необичен суперпроводник, ураниум дителлурид (UTe2), користејќи еден од најмоќните миликелвин скенирани Џозефсон тунелни микроскопи (SJTM). Овој „кристал на спин-тројна електронска пар“ е претходно непозната состојба на тополошката квантна материја.
Наодите неодамна беа објавени во списанието Nature . Киангчианг Гу, постдокторски истражувач кој работи во лабораторијата на физичарот Џеј Си Семус Дејвис, почесниот професор Џејмс Гилберт Вајт на Колеџот за уметности и науки, заедно со Џо Керол од Универзитетскиот колеџ Корк и Шукиу Ванг од Универзитетот Оксфорд.
Сепак, дури и по една деценија интензивно истражување на тополошката суперспроводливост, ниту еден масовен материјал не е дефинитивно препознаен како спин-тројни, непарни суперпроводници, со исклучок на суперфлуидот 3He, кој исто така беше откриен во Корнел. Неодамна, новиот егзотичен материјал Ураниум Дителлурид (UTe2) се појави како многу ветувачки кандидат за оваа класификација. Сепак, неговиот параметар за суперспроводен редослед останува неостварлив, рече Гу.
Во 2021 година, теоретските физичари почнаа да предлагаат дека UTe2 е всушност во состојба на тополошки пар-густински бран (PDW). Таква форма на квантна материја никогаш не била откриена.
Во едноставни термини, PDW е како стационарен танц на спарените електрони пронајдени во суперпроводник, но паровите формираат периодични кристални обрасци во вселената.
„Нашиот тим во Корнел го откри првиот PDW забележан во 2016 година со помош на скенираниот тунелен микроскоп Џозефсон со суперспроводлив врв што го измисливме за таа цел“, рече Гу. „Оттогаш, ние сме пионерски студии на SJTM на миликелвински температури и со микроволтна енергетска резолуција. За проектот UTe2, ние директно ги визуелизиравме просторните модулации на суперспроводливиот потенцијал за спарување на атомска скала и откривме дека се модулираат точно како што е предвидено во состојба на PDW како што густината на електронските парови периодично модулира во вселената. Она што го откривме е нова состојба на квантна материја – бран со густина на тополошки пар составен од спин-тројни парови Купер“.
Брановите со густина на бакар-пар се форма на електронска квантна материја во која парови електрони се замрзнуваат во суперспроводлива PDW состојба, наместо да формираат конвенционална „суперспроводлива“ течност каде што сите се во иста состојба на слободно движење.
„Откривањето на првиот PDW во спин-тројни суперпроводници е возбудливо“, рече Гу. „Тешките фермионски суперспроводливи соединенија базирани на ураниум се нова и егзотична класа на материјали кои обезбедуваат ветувачка платформа за реализација на тополошка суперспроводливост. Нашето научно откритие, исто така, ја посочува сеприсутната природа на оваа интригантна квантна состојба во суперпроводниците на брановите s, d-брановите и p-брановите, и фрла светлина врз нови патишта за идентификување на такви состојби во широк спектар на материјали.
