Материалите в свръхпроводящо състояние представляват огромен интерес за учените. Това се дължи на техните уникални свойства – и преди всичко на способността им да провеждат електричество без съпротивление (без загуби под формата на топлина). Те обещават да преобразят компютърните технологии, енергийните мрежи и транспорта.
Свръхпроводимостта възниква, когато свободните електрони се кондензират в нискоенергийно квантово състояние при много ниски температури, обединявайки се в т.нар. двойки на Купър, за да могат да преминават през материалите без никакви пречки.
Още през 2007 година учените предсказаха съществуването на по-екзотичен тип движение на електрони, наречен вълна на плътността на двойките (PDW), при която двойките на Купър образуват специфични модели, докато се движат. Сега екип, ръководен от изследователи от Университета на Илинойс в Ърбана-Шампейн е открил убедителни доказателства за наличието на PDW върху повърхността на материала уранов дителурид, като резултатите им са публикувани в PNAS. Освен това е установено, че тези модели се запазват извън стандартното свръхпроводящо състояние – нещо, което никога досега не е наблюдавано.
„В конвенционалните свръхпроводници двойките на Купър се образуват, когато настъпи пълният фазов преход, но в тази система наблюдението им в PDW над точката на преход показва, че те се образуват предварително в друго състояние.“
казва физикът Едуардо Фрадкин от Университета на Илинойс в Урбана-Шампейн
Редици от атоми на телур, като атомното подреждане е показано в долния десен ъгъл, а горният панел представя повтарящите се модели – тълкувани като доказателство за наличието на PDW
Урановият дителурид се превръща в свръхпроводник при температура под около 2,1 Келвина (около -271°C) и представлява особен интерес за изследователите, тъй като се смята, че е рядък „спин-триплет“ свръхпроводник, при който двойките електрони имат и незначителна магнитна ориентация. Преди това в метала бяха открити признаци за PDW, а в настоящото проучване изследователите са разгледали явлението по-подробно, като използваха специално изработен висококачествен уранов дителурид.
Материалът е бил изследван с помощта на тунелен микроскоп с векторно магнитно поле, който може да измерва магнитни реакции в множество произволни посоки.
„Ключово предимство на нашия експеримент беше новоразработената апаратура с векторно магнитно поле, която осигурява необичайно голям диапазон на магнитното поле в множество посоки. Чрез систематично променяне както на величината, така и на посоката на полето, заедно с температурата, ние успяхме да проследим как се развиват тези режими и да се уверим, че наблюдаваното от нас поведение е присъщо на материала.“
казва физикът Жен Жу от Университета на Илинойс в Ърбана-ШампейнИзследователите са добавили теоретични модели, за да обяснят моделите на заряда, които са наблюдавали под критичната температура, необходима за свръхпроводимост, а също и в точка, значително над нея.
„Благодарение на новите методи за получаване на проби с по-високо качество успяхме да наблюдаваме спектрални характеристики, които реагират на температурата и магнитните полета точно така, както би трябвало да го правят вълните на плътността на двойките. Дори показахме, че тези моди се запазват над температурата, при която свръхпроводимостта изчезва – това е характерно теоретично предсказание, което досега не беше наблюдавано по убедителен начин.“
споделя физикът Видия Мадхаван от Университета на Илинойс в Ърбана-Шампейн