Открытие бросает вызов теориям: физики увидели странное квантовое поведение в сверхпроводниках

Новое исследование показывает, что сильно неупорядоченные сверхпроводники имеют квантовый фазовый переход первого рода. Это внезапный переход из сверхпроводящего в изолирующее состояние. Это открытие совершенно невероятно, поскольку такие внезапные изменения не наблюдаются в сверхпроводниках. Обычно у них происходят квантовые фазовые переходы второго рода, которые являются медленными и постепенными. Физики считают, что обнаруженные резкие фазовые переходы могут помочь в создании новых квантовых материалов. Исследование опубликовано в журнале Nature Physics, пишет Interesting Engineering.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Фазовыми переходами называются изменения состояния материала, когда он переходит, например, из твердого в жидкое или из сверхпроводящего в изолирующее состояние. Такие изменения происходят, когда определенные параметры, например, температура или давление, пересекают критическую точку.

Есть еще одно свойство, которое влияет на фазовый переход, и оно называется сверхтекучей жесткостью. Это мера того, насколько устойчиво сверхпроводящее состояние материала к изменениям фазы, что играет ключевую роль в понимании того, как сверхпроводимость разрушается во время фазовых переходов.

Обычно, когда сверхпроводники имеют фазовый переход, сверхтекучая жесткость непрерывно и плавно уменьшается. Но физики наблюдали нечто необычное, когда изучали аморфные пленки оксида индия. Оксид индия имеет несколько структурных, химических и атомных нарушений. Чтобы понять, как эти нарушения можно точно настроить, физики изучили, как материал ведет себя по мере того, как он становится более неупорядоченным.

Для этого ученые использовали микроволновую спектроскопию и этот метод помог точно измерить сверхтекучую жесткость оксида индия. Как показало исследование, вместо постепенного изменения произошло неожиданно резкое снижение сверхтекучей жесткости пленок оксида индия.

Материал ведет себя как сверхпроводник, когда пара электронов, известная как куперовская пара, движется вместе скоординированным образом. В ходе исследования физики обнаружили, что, когда в материал вносится беспорядок, это заставляет куперовские пары вести себя необычным образом.

Обычно куперовские пары помогают материалу проводить электричество без сопротивления, но при достаточном беспорядке эти пары начинают конкурировать друг с другом. Это приводит к конфликту между сверхпроводящим состоянием и изолирующим состоянием.

Физики обнаружили, что температура, при которой исследуемый материл терял сверхпроводящую способность, больше не определялась тем, насколько сильно электроны спаривались, а самой сверхтекучей жесткостью.

Это означает, что материал вошел особое состояние, в котором пары электронов образуются, но не ведут себя скоординированным образом для поддержания сверхпроводимости. Такое квантовое состояние является критической фазой в некоторых квантовых материалах, особенно высокотемпературных сверхпроводниках, поскольку оно помогает объяснить их поведение и обнаружить потенциал для использования в квантовых технологиях, говорят физики.

Фокус уже писал о том, что ученым впервые удалось измерить квантовую форму электронов. Физики смогли измерить геометрическую форму, которую принимает один электрон, когда он двигается через твердое тело.

Также Фокус писал о том, что астрономы обнаружили в космосе странное явление, которое противоречит модели эволюции Вселенной. Астрономы обнаружили группу карликовых галактик, которые имеют необычные свойства и очень странное расположение, что сбивает с толку ученых.