Відкриття ставить під сумнів теорії: фізики виявили дивну квантову поведінку в надпровідниках.

Нове дослідження показує, що сильно неупорядковані надпровідники мають квантовий фазовий перехід першого роду. Це раптовий перехід з надпровідного в ізоляційний стан. Це відкриття абсолютно неймовірне, оскільки такі раптові зміни не спостерігаються в надпровідниках. Зазвичай у них відбуваються квантові фазові переходи другого роду, які є повільними і поступовими. Фізики вважають, що виявлені різкі фазові переходи можуть допомогти в створенні нових квантових матеріалів. Дослідження опубліковане в журналі Nature Physics, пише Interesting Engineering.

Фазовими переходами називають зміни стану матеріалу, коли він переходить, наприклад, з твердого в рідкий або з надпровідного в ізоляційний стан. Такі зміни відбуваються, коли певні параметри, наприклад, температура або тиск, перетинають критичну точку.

Є ще одна властивість, яка впливає на фазовий перехід, і вона називається надтекучою жорсткістю. Це міра того, наскільки стійко надпровідний стан матеріалу до змін фази, що відіграє ключову роль у розумінні того, як надпровідність руйнується під час фазових переходів.

Зазвичай, коли надпровідники мають фазовий перехід, надтекуча жорсткість безперервно і плавно зменшується. Але фізики спостерігали дещо незвичайне, коли вивчали аморфні плівки оксиду індію. Оксид індію має кілька структурних, хімічних і атомних порушень. Щоб зрозуміти, як ці порушення можна точно налаштувати, фізики дослідили, як матеріал поводиться, коли він стає більш неупорядкованим.

Для цього вчені використали мікрохвильову спектроскопію, і цей метод допоміг точно виміряти надтекучу жорсткість оксиду індію. Як показало дослідження, замість поступового зміни сталося несподіване різке зниження надтекучої жорсткості плівок оксиду індію.

Матеріал веде себе як надпровідник, коли пара електронів, відома як куперівська пара, рухається разом скоординовано. Під час дослідження фізики виявили, що, коли в матеріал вноситься безлад, це змушує куперівські пари поводитися незвично.

Зазвичай куперівські пари допомагають матеріалу проводити електрику без опору, але при достатньому безладді ці пари починають конкурувати одна з одною. Це призводить до конфлікту між надпровідним станом і ізоляційним станом.

Фізики виявили, що температура, при якій досліджуваний матеріал втратив надпровідну здатність, більше не визначалася тим, наскільки сильно електрони спарювалися, а самою надтекучою жорсткістю.

Це означає, що матеріал увійшов у особливий стан, в якому пари електронів утворюються, але не поводяться скоординовано для підтримання надпровідності. Таке квантове стан є критичною фазою в деяких квантових матеріалах, особливо в високотемпературних надпровідниках, оскільки воно допомагає пояснити їхню поведінку і виявити потенціал для використання в квантових технологіях, кажуть фізики.