Свръхпроводящите материали се разделят, според свойствата си, на подгрупи. Нетрадиционните свръхпроводници от II вид се считат за по-екзотични и по-сложни за производство. Но сега физиците за първи път създадоха свръхпроводник от I вид, който притежава характеристика, присъща на свръхпроводниците от II вид: той е способен да нарушава математическата Т-симетрия. Подобни „топологични квантови материали“ могат да бъдат полезни за защитата на квантовата информация, като я правят по-малко уязвима към смущения.
Става дума за така наречената „симетрия по отношение на обръщането на времето“: повечето закони на физиката действат по един и същ начин, независимо дали времето математически тече напред или назад.
Международен екип от физици синтезира монокристали от материал, наречен диантимонид на итербий (YbSb₂), като предположи, че в крайна сметка той може да подобри конструкцията на квантовите компютри. Учените определиха неговата химическа чистота и уникалните му електрически и квантови свойства. По-конкретно, те установиха, че при температура около -272 °C неговото електрическо съпротивление спада до нула и той рязко става свръхпроводящ, съобщава Science Alert.
В съчетание с измерванията на специфичната топлинна мощност това потвърди, че материалът проявява свойствата на свръхпроводник от I вид. Освен това това потвърди наличието на енергетична бариера, която затруднява разделянето на двойките електрони и, следователно, прави свръхпроводящото състояние по-устойчиво.
Графично резюме на тази научна работа. В центъра тюркоазените сфери символизират елемента итербий (Yb), а бронзовите – антимон (Sb)
Доказателството
След това, използвайки един вид мюонна спинова спектроскопия, изследователите откриха, че след прехода на материала в свръхпроводяща фаза вътре в него спонтанно възникват миниатюрни магнитни полета. Това се превърна в ключово доказателство, че диантимонидът на итербия може да нарушава Т-симетрията: при математическо обръщане на времето магнитните полета променят посоката си. Ако не го правеха, те биха запазили, а не нарушили тази любопитна особеност на времето.
След като извършиха втори вид мюонна спинова спектроскопия, учените установиха, че в обемно свръхпроводящо състояние електроните в YbSb₂ се държат по нетрадиционен начин: обединяват се в необичаен „спинов триплет“. Това е така нареченото „вътрешно антисиметрично неунитарно триплетно състояние“, тоест притежаващо чист магнитен момент — неговите магнитни сили не се компенсират взаимно. По този начин YbSb₂ нарушава симетрията на обратното движение на времето самостоятелно, без да е необходимо външно магнитно поле.
За да установи, как се образуват триплетите, изследователите моделираха нов материал, да покажат, че всеки от двойките електрони произхожда от различни енергийни орбитали.
В резултат на това те установиха, че съвкупните свойства на YbSb₂ са в състояние да поддържат „майоранови повърхностни модели“. Това означава, че при ниски температури, докато обемът на материала се държи като свръхпроводник, повърхността му може да проявява майоранови режими – квантови възбуждения, които се проявяват като собствени античастици.