Международная группа физиков под руководством Индийского института научного образования и исследований в Бхопале исследовала новый сверхпроводник, проявляющий уникальные квантовые свойства. Как сообщает Sciencealert, речь идет о иттрий диантимониде (YbSb₂), демонстрирующем нарушение симметрии времени — явление, ранее нехарактерное для сверхпроводников I типа.
В лабораторных условиях ученые синтезировали монокристаллы YbSb₂, проверили их чистоту и структуру с помощью рентгеновского излучения. При температуре около -272°C материал переходит в сверхпроводящее состояние, то есть его электрическое сопротивление становится нулевым. Исследования теплоемкости подтвердили, что YbSb₂ относится к сверхпроводникам I типа, хотя ранее свойства, связанные с нарушением симметрии времени, наблюдались преимущественно у сверхпроводников II типа.
Как обнаружили нарушение симметрии времени
Симметрия относительно обращения времени в физике означает, что законы не меняются, если направление времени изменить на противоположное. Однако некоторые явления эту симметрию нарушают. Исследователи применили мюонную спиновую спектроскопию, чтобы изучить внутренние магнитные поля материала. Они обнаружили, что после перехода YbSb₂ в сверхпроводящее состояние внутри материала самопроизвольно возникают слабые магнитные поля — это стало ключевым доказательством нарушения симметрии времени.
"Появление внутреннего магнитного поля без внешнего воздействия свидетельствует о потере исходной симметрии системы", — отмечают авторы исследования.
Необычная структура электронных пар
В сверхпроводниках электроны формируют куперовские пары, что позволяет им двигаться без сопротивления. В YbSb₂ эти пары имеют необычную структуру — так называемый спиновый триплет, в котором магнитные моменты электронов не компенсируют друг друга. Это создает собственный суммарный магнитный момент и позволяет материалу нарушать симметрию времени без внешнего магнитного поля. Моделирование показало, что электроны в парах происходят из разных энергетических орбиталей.
Потенциал для квантовых технологий
Исследователи считают, что YbSb₂ может поддерживать безщелевые поверхностные моды Майораны — особые квантовые возбуждения, являющиеся собственными античастицами. Такие свойства важны для будущих квантовых технологий, поскольку материалы с топологическими квантовыми свойствами способны лучше защищать квантовую информацию от внешних воздействий. Однако на данный момент открытие имеет преимущественно фундаментальное значение, и необходимы дальнейшие эксперименты для проверки стабильности выявленных состояний и их практической ценности.