Міжнародна група фізиків під керівництвом Індійського інституту наукової освіти та досліджень у Бхопалі дослідила новий надпровідник, який проявляє унікальні квантові властивості. Як повідомляє Sciencealert, йдеться про ітербій діантимонід (YbSb₂), що демонструє порушення симетрії часу — явище, раніше не характерне для надпровідників I типу.

У лабораторних умовах вчені синтезували монокристали YbSb₂, перевірили їхню чистоту та структуру за допомогою рентгенівського випромінювання. При температурі близько -272°C матеріал переходить у надпровідний стан, тобто його електричний опір стає нульовим. Дослідження теплоємності підтвердили, що YbSb₂ належить до надпровідників I типу, хоча раніше властивості, пов’язані з порушенням симетрії часу, спостерігали переважно у надпровідниках II типу.

Як виявили порушення симетрії часу

Симетрія щодо обернення часу у фізиці означає, що закони не змінюються, якщо напрямок часу змінити на протилежний. Однак деякі явища цю симетрію порушують. Дослідники застосували мюонну спінову спектроскопію, щоб вивчити внутрішні магнітні поля матеріалу. Вони виявили, що після переходу YbSb₂ у надпровідний стан всередині матеріалу самочинно виникають слабкі магнітні поля — це стало ключовим доказом порушення симетрії часу.

"Поява внутрішнього магнітного поля без зовнішнього впливу свідчить про втрату початкової симетрії системи", — зазначають автори дослідження.

Незвичайна структура електронних пар

У надпровідниках електрони формують куперівські пари, що дозволяє їм рухатися без опору. У YbSb₂ ці пари мають незвичайну структуру — так званий спіновий триплет, у якому магнітні моменти електронів не компенсують один одного. Це створює власний сумарний магнітний момент і дозволяє матеріалу порушувати симетрію часу без зовнішнього магнітного поля. Моделювання показало, що електрони в парах походять з різних енергетичних орбіталей.

Потенціал для квантових технологій

Дослідники вважають, що YbSb₂ може підтримувати безщілинні поверхневі моди Майорани — особливі квантові збудження, які є власними античастинками. Такі властивості важливі для майбутніх квантових технологій, оскільки матеріали з топологічними квантовими властивостями здатні краще захищати квантову інформацію від зовнішніх впливів. Однак наразі відкриття має переважно фундаментальне значення, і потрібні подальші експерименти для перевірки стабільності виявлених станів та їхньої практичної цінності.