Физики из Инженерного колледжа Грейнджера Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне обнаружили признаки необычного сверхпроводящего состояния в теллуриде урана. Исследование показало, что пары электронов, обеспечивающие сверхпроводимость, могут сохранять неравномерное пространственное распределение даже после исчезновения основного сверхпроводящего состояния.
Такую структуру называют волной плотности пар. Учёные предположили её существование около 20 лет назад, однако прежде подобные образования наблюдали главным образом одновременно со сверхпроводимостью в других металлах. Работа, опубликованная в Proceedings of the National Academy of Sciences, стала первым прямым свидетельством того, что в теллуриде урана волны плотности пар остаются в обычной фазе материала после перехода выше критической температуры.
«Волны плотности пар — это ухмылка Чеширского кота сверхпроводимости», — сказал профессор физики Иллинойсского университета Эдуардо Фрадкин, один из руководителей проекта. По его словам, это след, сохраняющийся после исчезновения самой фазы: в обычных сверхпроводниках пары Купера возникают одновременно с полным фазовым переходом, а в исследованной системе они формируются заранее, в другом состоянии.
Теллурид урана привлёк внимание исследователей после того, как в 2019 году было установлено: при температуре ниже 2 кельвинов он становится сверхпроводником. Позднее физики предположили, что материал относится к редкому типу сверхпроводников с триплетными парами, обладающими магнитными моментами. Подобное состояние подтверждено только у сверхтекучего гелия-3, который подробно изучал физик из Иллинойсского университета Энтони Леггетт, лауреат Нобелевской премии.
Группа Видьи Мадхаван ранее обнаружила в теллуриде урана волны плотности заряда — повторяющиеся участки с разной концентрацией электронов. Однако магнитное поле могло разрушать эти образования, хотя для обычных волн плотности заряда такое поведение нехарактерно. Чтобы проверить гипотезу о волнах плотности пар, учёные получили более качественные кристаллы новым методом выращивания из расплава и исследовали их с помощью сканирующего туннельного микроскопа с векторным магнитным полем.
Измерения показали, что обнаруженные моды меняются под воздействием температуры и магнитного поля так, как предсказывает теория волн плотности пар. Часть из них сохранялась даже после превышения критической температуры, когда основная сверхпроводящая фаза исчезала. «Благодаря новым методам выращивания более качественных образцов мы смогли увидеть спектральные признаки, которые реагируют на температуру и магнитные поля именно так, как должны волны плотности пар», — сказала Мадхаван, слова которой приводит ScienceDaily.