Физики раскрыли скрытую стадию сверхпроводимости

Команда физиков из корейского института KAIST обнаружила ранее неизвестное квантовое состояние электронов, которое возникает задолго до перехода материала в сверхпроводящее состояние. Работа опубликована в журнале Nature Physics и может изменить привычные представления о том, как рождается сверхпроводимость.

Исследователи изучали kagome-металл CsV3Sb5 – материал с необычной кристаллической решёткой, где атомы образуют повторяющийся треугольный узор, похожий на плетение традиционной японской корзины кагоме. В таких материалах электроны сильно взаимодействуют друг с другом и порождают редкие квантовые эффекты, включая волны зарядовой плотности и сверхпроводимость.

С помощью техники CD-ARPES, спектроскопии фотоэмиссии с угловым разрешением и круговым дихроизмом, учёные направляли на кристалл лево- и право-циркулярно поляризованный свет и измеряли тонкую разницу в интенсивности испускаемых электронов. Так удалось обнаружить скрытый петлевой ток – крошечные круговые токи, которые образуют электроны внутри кристаллической решётки.

Оказалось, что эта петлевая структура токов появляется при температуре около 140-145 кельвинов, значительно раньше, чем волна зарядовой плотности, которая формируется примерно при 94 кельвинах. Получается, что материал проходит через дополнительную скрытую стадию квантового порядка ещё до того, как в нём начинают складываться привычные для физиков структуры.

Открытие меняет привычную картину того, как рождается сверхпроводимость. Раньше считалось, что электроны движутся к сверхпроводящему состоянию более прямым путём. Теперь выясняется, что процесс устроен сложнее и включает промежуточную стадию, которую раньше не удавалось поймать экспериментально.

Авторы работы отмечают, что результаты пригодятся не только для kagome-металлов. Похожий скрытый порядок теоретически может существовать и в других сверхпроводящих материалах, включая высокотемпературные сверхпроводники на основе купратов, где физики десятилетиями пытаются понять природу так называемой псевдощели.

Если идею подтвердят на других материалах, она приблизит учёных к разгадке одной из главных загадок физики конденсированного состояния: почему в одних материалах сверхпроводимость возникает при относительно высоких температурах, а в других требует охлаждения почти до абсолютного нуля.

Источники: EurekAlert, X (@Dr_Singularity)

https://www.eurekalert.org/news-releases/1133952

https://x.com/Dr_Singularity/status/2073526903256809617