Исследователи из Корнелла визуализировали спин-триплетный кристалл

Ученые обнаружили новую фазу материи в топологических сверхпроводниках-кандидатах, которая может иметь значительные последствия для физики конденсированных сред и для области квантовых вычислений и спинтроники.

Исследователи из Объединения Макроскопической квантовой материи в Корнелле обнаружили и визуализировали кристаллическое, но сверхпроводящее состояние в новом и необычном сверхпроводнике, дителлуриде урана (UTe2), используя один из самых мощных в мире милликельвиновых сканирующих джозефсоновских туннельных микроскопов (SJTM). Этот «спин-триплетный электрон-парный кристалл» представляет собой ранее неизвестное состояние топологической квантовой материи.

Результаты исследования, озаглавленные «Обнаружение волнового состояния парной плотности в UTe2», были опубликованы 28 июня в журнале Nature. Цянцян Гу, постдокторский исследователь, работающий в лаборатории физика Джей Си Сеамуса Дэвиса, заслуженного профессора Колледжа искусств и наук имени Джеймса Гилберта Уайта, руководил исследованием вместе с Джо Кэрроллом из Университетского колледжа Корка и Шуцю Вангом из Оксфордского университета.

Сверхпроводники являются топологическими, когда потенциал спаривания обладает нечетностью, что приводит к тому, что каждая электронная пара принимает спин-триплетное состояние, при котором оба электронных спина ориентированы в одном направлении. Топологические сверхпроводники являются объектом интенсивных исследований физиков, поскольку теоретически они могут стать материальной платформой для сверхстабильных квантовых компьютеров, говорит Гу.

Однако даже после десятилетия интенсивных исследований топологической сверхпроводимости ни один объемный материал не был окончательно признан спин-триплетным сверхпроводником нечетной четности, за исключением сверхтекучего 3He, который также был открыт в Корнелле. Недавно новый экзотический материал дителлурид урана (UTe2) стал весьма перспективным кандидатом на эту классификацию. Однако параметр его сверхпроводящего порядка остается неуловимым, говорит Гу.

В 2021 году физики-теоретики начали предполагать, что UTe2 находится в состоянии топологической пары плотность-волна (PDW). До сих пор не было обнаружено ни одной подобной формы квантовой материи.

Проще говоря, PDW — это как стационарный танец парных электронов в сверхпроводнике, но пары образуют периодические кристаллические узоры в пространстве.

Наша команда в Корнелле обнаружила первый в истории PDW в 2016 году с помощью сверхпроводящего туннельного микроскопа со сканирующим джозефсоновским наконечником, который мы изобрели для этой цели, — сказал Гу.

С тех пор мы стали первыми исследователями SJTM при температурах в милликельвинах и с разрешением по энергии в микровольтах. В рамках проекта UTe2 мы непосредственно визуализировали пространственные модуляции потенциала сверхпроводящего спаривания на атомном уровне и обнаружили, что они модулируются точно так, как это предсказывается в состоянии PDW, поскольку плотность электронных пар периодически модулируется в пространстве. Мы обнаружили новое состояние квантовой материи — топологическую волну плотности пар, состоящую из спин-триплетных пар Купера.

Волны плотности куперовских пар — это форма электронной квантовой материи, в которой пары электронов застывают в сверхпроводящем состоянии PDW, а не образуют обычную «сверхпроводящую» жидкость, где все находятся в одном и том же свободно движущемся состоянии.

Открытие первого PDW в спин-триплетных сверхпроводниках является захватывающим, — заключил Гу.

Тяжелые фермионные сверхпроводящие соединения на основе урана представляют собой новый и экзотический класс материалов, которые являются перспективной платформой для реализации топологической сверхпроводимости. … Наше научное открытие также указывает на повсеместную природу этого интригующего квантового состояния в s-волновых, d-волновых и p-волновых сверхпроводниках и проливает свет на новые пути для идентификации таких состояний в широком спектре материалов.

09.07.2023


Подписаться в Telegram



Хайтек

В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом

С помощью большой языковой модели инженеры Мас...

Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах

Исследовательская группа, работающая в UN...

Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий

Когда речь заходит о сверхпроводящих куби...

Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов
Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов

Исследователи из Калифорнийского универси...

PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути
PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути

Исследователи из Принстона применили спле...

Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ
Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ

Ученые из Томского политехнического униве...

Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света
Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света

В основе глобальной интернет-связи лежит оптич...

Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения
Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения

Мемристорные устройства представляют собой кат...

Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников
Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников

Замещающее легирование чужеродными элементами ...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Evolution: Островные летучие мыши одного вида эволюционируют по-разному
Evolution: Островные летучие мыши одного вида эволюционируют по-разному
EGU: 41 000 лет назад атмосферу Земли пронзили космические лучи
EGU: 41 000 лет назад атмосферу Земли пронзили космические лучи
Созданы чернила для 3D-печати гибких устройств без механических соединений
Созданы чернила для 3D-печати гибких устройств без механических соединений
Исследователи изучают влияние сольватации и валентности ионов на металлополимеры
Исследователи изучают влияние сольватации и валентности ионов на металлополимеры
New Phytologist: Сети прожилок на листьях появились 201 млн лет назад
New Phytologist: Сети прожилок на листьях появились 201 млн лет назад
«Литнет» выяснил, что привлекает читателей в книгах о космосе
«Литнет» выяснил, что привлекает читателей в книгах о космосе
Инженеры воссоздали голопалубу Star Trek с помощью ChatGPT и видеоигр
Инженеры воссоздали голопалубу Star Trek с помощью ChatGPT и видеоигр
New England Journal of Medicine: Упреждающая ангиопластика не улучшает прогноз
New England Journal of Medicine: Упреждающая ангиопластика не улучшает прогноз
Инженеры создают более выгодную сеть для распределения солнечной энергии
Инженеры создают более выгодную сеть для распределения солнечной энергии
JSPR: Между кортизолом и социальной поддержкой в семейных парах нашли связь
JSPR: Между кортизолом и социальной поддержкой в семейных парах нашли связь
GBE: ДНК древних пингвинов Адели выявило повторы возрастом сотни миллионов лет
GBE: ДНК древних пингвинов Адели выявило повторы возрастом сотни миллионов лет
ACS Nano: Зубы нутрий и бобров помогут ученым вывести формулу совершенной эмали
ACS Nano: Зубы нутрий и бобров помогут ученым вывести формулу совершенной эмали
IC: Исследователи тестируют биологическую безвредность нейроморфной сети
IC: Исследователи тестируют биологическую безвредность нейроморфной сети
EGU: В золоте дураков все-таки нашли ценный компонент
EGU: В золоте дураков все-таки нашли ценный компонент
Шёнингенские копья доказали: 300 000 лет назад древесина была важнейшим сырьем
Шёнингенские копья доказали: 300 000 лет назад древесина была важнейшим сырьем

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса