Ученые открыли новый тип сверхпроводника

МОСКВА, 22 сен — РИА Новости. Американские физики изучили кристаллическую структуру рутената стронция — перспективного для квантовых вычислений соединения — и обнаружили, что волны проходят через него необычным образом. Новый тип сверхпроводников назвали g-волновым. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Physics.

Электроны в сверхпроводниках движутся вместе в так называемых куперовских парах. Это "спаривание" электронов наделяет сверхпроводники их самым известным свойством — отсутствием электрического сопротивления.

Сверхпроводящие материалы в зависимости от характера прохождения сквозь них волн зарядовой плотности — стоячих волн, проявляющихся при низких температурах в виде смещения ионов и электронов — делятся на два типа: s-волновые и d-волновые.

В s-волновых сверхпроводниках — обычных материалах, таких как свинец, олово и ртуть — электроны в куперовских парах имеют противонаправленные спины, но сами пары не вращаются вокруг общего центра масс, то есть орбитальный момент пар равен нулю.

К d-волновым относятся высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП). В них спаренные электроны так же имеют противоположно направленные спины, но куперовская пара еще и вращается вокруг своего центра масс. Символ "d" указывает на то, что орбитальный момент куперовских пар равен двум.

В 1994 году ученые открыли необычное соединение — рутенат стронция Sr₂RuO₄. Структура у него была как у ВТСП, а волновые свойства — другие. Тогда предположили, что новое вещество относится к третьему, промежуточному типу р-волновых сверхпроводников, у которых спины электронов в парах направлены в одну сторону, плюс сами куперовские пары обладают угловым моментом, равным единице.

Такой сверхпроводник обеспечил бы прорыв в квантовых вычислениях, поскольку его можно использовать для создания фермионов Майораны — уникальных частиц, одновременно представляющих собственные античастицы. Поэтому вот уже более двадцати лет физики изучают свойства рутената стронция в надежде найти подтверждение гипотезы р-волновой сверхпроводимости.

Исследователи из Корнеллского университета в США изучили свойства симметрии в кристалле рутената стронция с помощью резонансной ультразвуковой спектроскопии высокого разрешения. Для этого они охладили материал до температуры его сверхпроводящего перехода — 1,4 кельвина — и, пропустив через кристалл звуковые волны, измерили его упругие константы.

"Это самые точные данные резонансной ультразвуковой спектроскопии, когда-либо полученные при таких низких температурах", — приводятся в пресс-релизе университета слова руководителя исследования Брэда Рамшоу (Brad Ramshaw).

Оказалось, что рутенат стронция — двухкомпонентный сверхпроводник совершенно нового типа. Исследователи назвали его g-волновым. Электроны в нем соединяются настолько сложно, что этот процесс нельзя описать с помощью s- или d-волн.

"Единственное, с чем согласуются эксперименты — это очень, очень странные вещи, которых никто никогда раньше не видел. Одна из них — g-волна, что означает угловой момент четыре. Никто никогда даже не думал, что будет сверхпроводник с g-волной".

Авторы планируют использовать новую технологию исследований для изучения других материалов, потенциально отнесенных к сверхпроводникам р-типа.