В экзотическом сверхпроводящем состоянии магнитное поле не мешает

Группа исследователей из Университета Brown (Род-Айленд, США) получила новые доказательства существования экзотического сверхпроводящего состояния, которое возникает при воздействии на сверхпроводник сильного магнитного поля. Исследование опубликовано в Nature Physics. 

В 1964 году физики предсказывали, что сверхпроводимость может сохраняться в определенных видах материалов в условиях магнитного поля. Прогноз был, что непарные электроны соберутся определенные линии или полосы в сверхпроводящий материал. Эти полосы будут работать в режиме нормальной проводимости, в то время как остальной материал будет сверхпроводящим. Этот тип сверхпроводящего состояния известен, как фаза FFLO.

Чтобы исследовать явление, Митрович и ее команда использовали органический сверхпроводник с броским названием κ-(BEDT-TTF)2Cu(NCS)2. После воздействия интенсивного магнитного поля на материал, Митрович и ее сотрудники из французского National High Magnetic Field Laboratory в Гренобле, исследовали его свойства с помощью ядерного магнитного резонанса (ЯМР).

В разных регионах материала они обнаружили области неспаренных электронов с одной направленностью спина. «Примечательно то, что эти связанные состояния позволяют проводить "сверхтоки" через несверхпроводящие регионов, — объяснила Митрович. — Ток может путешествовать без сопротивления через весь материал в таком особом сверхпроводящем состоянии».

Митрович и ее коллеги предприняли некоторые парадоксальные меры, чтобы получить результат. В частности, они исследовали свой материал при значительно более высоких температурах, чем можно было ожидать для квантовых экспериментов. «Но, повышая температуру, мы увеличили энергетический диапазон работы нашего ЯМР-зонда, чтобы отыскать состояния, которые мы искали. Это был прорыв», — рассказала Митрович.

«Потребовалось 50 лет, чтобы показать, что это явление действительно существует», — сказала Весна Митрович, адъюнкт-профессор физики в университете Брауна, которая руководила работой.

Сверхпроводимость — способность проводить электрический ток без сопротивления — зависит от объединения электронов в виде Куперовских пар. 

Магнитные поля — враги Куперовских пар. Для того, чтобы образовать пару, электроны должны обладать противоположно направленными спинами (внутренними моментами вращательного движения). Сильные магнитные поля могут перевернуть «спин-вниз» электроны в положение «спин-вверх», что делает популяцию тех и иных неодинаковой.

Полученный результат может помочь астрофизикам лучше понять пульсары — плотно упакованные нейтронные звезды, места скопления, как сверхпроводимости так и сильных магнитных полей. Это также может иметь отношение к области спинтроники, устройств, которые работают на основе спина электронов, а не их заряда.

Фото превью: Лорен Бреннан/Университет Брауна