Новые измерения показывают наличие неуловимых частиц во вновь открытом сверхпроводнике

Новые измерения показывают наличие экзотических частиц Майорана на поверхности нетрадиционного сверхпроводника, дителлурида урана.

Погоня за частицами - это игра, в которую играют много физиков. Иногда охота происходит внутри больших суперколлайдеров, где зрелищные столкновения необходимы для поиска скрытых частиц и новой физики. Для физиков, изучающих твердые тела, игра происходит в совершенно другой среде, и востребованные частицы не приходят от яростных столкновений. Вместо этого, квазичастицы возникают в результате сложных электронных взаимодействий, которые происходят глубоко внутри материала. Иногда квазичастицы легко прощупываются, но другие труднее обнаружить.

Экзотическая частица Майорана

В настоящее время команда исследователей из Университета штата Иллинойс под руководством физика Видья Мадавана, в сотрудничестве с исследователями из Национального института стандартов и технологий Университета штата Мэриленд, Бостонского колледжа и ETH Цюриха, использовали микроскопические инструменты высокого разрешения для сверки с внутренними элементами необычного типа сверхпроводника, дителлурида урана (UTe₂). Их измерения показывают, что этот материал может быть естественным домом для экзотической квазичастицы, которая скрывалась от физиков в течение десятилетий. 

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Данные частицы были теоретически предсказаны еще в 1937 году итальянским физиком по имени Этторе Майорана, и с тех пор физики пытаются доказать, что они могут существовать. Ученые считают, что определенный класс материалов, называемый хиральными нетрадиционными сверхпроводниками, может естественным образом стать хозяином Майорана. UTe₂ может обладать всеми необходимыми свойствами, чтобы породить эти неуловимые квазичастицы.  

"Мы знаем физику обычных сверхпроводников и понимаем, как они могут проводить электричество или переносить электроны с одного конца провода на другой без сопротивления", - сказал Мадаван. "Хиральные нетрадиционные сверхпроводники встречаются гораздо реже, а физика менее известна. Их понимание важно для фундаментальной физики и имеет потенциальные возможности применения в квантовых вычислениях", - сказала она. 

Внутри нормального сверхпроводника электроны соединяются таким образом, чтобы обеспечить постоянный ток без потерь. Это контрастирует с обычным проводником, таким как медный провод, который нагревается при прохождении через него тока. Часть теории сверхпроводимости была сформулирована десятилетия назад тремя учеными из Университета штата Иллинойс, которые за свою работу получили Нобелевскую премию по физике. Для этого традиционного вида сверхпроводимости магнитные поля являются врагами и разбивают пары, возвращая материал в нормальное состояние. За последний год исследователи показали, что дителлурид урана ведет себя по-другому.

В 2019 году Шен Ран, Николас Бутч (оба соавтора данного исследования) и их соавторы объявили, что UTe₂ остается сверхпроводящим в присутствии магнитных полей до 65 Тесла, что примерно в 10 000 раз сильнее, чем магнит холодильника. Это нетрадиционное поведение в сочетании с другими измерениями заставило авторов этой работы предположить, что электроны соединяются необычным образом, что позволяет им сопротивляться распадам. Сопряжение важно, потому что сверхпроводники с этим свойством очень вероятно могут иметь на поверхности частицы Майорана. Новое исследование от Мадавана и соавторов усиливает аргументы в пользу этого.  

Команда использовала микроскоп высокого разрешения, называемый сканирующим туннельным микроскопом, для поиска доказательств необычного объединения электронов и частиц Майорана. Этот микроскоп может не только отобразить поверхность дителлурида урана до уровня атомов, но и прозондировать то, что происходит с электронами. Сам материал серебристый со ступенями, выпирающими из поверхности. Эти ступенчатые выступы лучше всего видны для квазичастиц Майорана. Они обеспечивают чистый край, который, если предсказания верны, должен показать признаки непрерывного тока, который движется в одном направлении, даже без применения напряжения. Команда отсканировала противоположные стороны ступени и увидела сигнал с пиком. Но пик был разным, в зависимости от того, какая сторона шага была просканирована. 

"Глядя на обе стороны ступени, вы видите сигнал, который является зеркальным отражением друг друга. В нормальном сверхпроводнике, вы не можете этого найти", сказал Мадаван.  "Лучшее объяснение тому, что мы видим зеркальное изображение, заключается в том, что мы непосредственно измеряем присутствие движущихся майорановых частиц", - сказал Мадаван. Команда говорит, что измерения показывают, что свободно движущиеся квазичастицы Майорана циркулируют вместе в одном направлении, что приводит к появлению зеркальных, или хиральных, сигналов. 

Мадаван говорит, что следующим шагом является проведение измерений, которые подтвердили бы, что материал сломал симметрию обратной связи во времени. Это означает, что частицы должны двигаться по-другому, если стрелка времени теоретически была обращена вспять. Такое исследование предоставило бы дополнительные доказательства для хиральной природы UTe₂. 

Если это будет подтверждено, то дителлурид урана будет единственным материалом, кроме сверхтекучего He-3, который, как было доказано, является хиральным нетрадиционным сверхпроводником. "Это огромное открытие, которое позволит нам понять этот редкий вид сверхпроводимости, и, возможно, со временем мы даже сможем манипулировать квазичастицами Майорана полезным для квантовой информатики способом". опубликовано econet.ru по материалам scitechdaily.com

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet