Физики из ISTA продвинулись в разборе одного из самых упрямых фокусов современной физики материалов. Урановый сверхпроводник UTe2 теряет сверхпроводимость в магнитном поле около 10 Тесла, а затем внезапно получает её обратно в диапазоне примерно 40—70 Тесла. Австрийская команда считает, что поймала параметр, который давно мешал собрать эту картину целиком: сильную поперечную магнитную восприимчивость.
Для сверхпроводников такое поведение звучит почти как издёвка над учебником. Магнитное поле обычно разрушает электронные пары, из-за которых ток идёт без сопротивления. UTe2, наоборот, в экстремальном поле будто находит обходной маршрут. Именно поэтому вокруг него несколько лет такой шум: материал считают одним из лучших кандидатов на нестандартную, вероятно спин-триплетную сверхпроводимость.
По описанию эксперимента, исследователи работали с импульсными магнитными полями и микроскопическим образцом UTe2. Материал сам по себе экзотический: это тяжёлый фермионный сверхпроводник с переходом в сверхпроводящее состояние примерно при 1,6 К. В таких системах электроны ведут себя так, будто их эффективная масса сильно выросла, и на этой почве часто вырастают странные квантовые эффекты.
Главная находка связана с поперечной магнитной восприимчивостью, то есть реакцией материала на поле в направлении, которое не совпадает с основной осью намагничивания. Раньше этот параметр в столь жёстких условиях ловили плохо. Теперь команда увидела область, где восприимчивость резко усиливается, и связала её с повторным возникновением сверхпроводимости. Если гипотеза верна, поле тут не только ломает пары электронов, но и помогает собрать новый, более устойчивый режим спаривания.
Тонкость в том, что для UTe2 важна геометрия эксперимента. В предыдущих работах на этот материал уже указывали, что эффект повторной сверхпроводимости зависит от ориентации магнитного поля относительно кристалла, особенно вдоль b-оси. Для физиков это подарок и наказание сразу: система очень чувствительна, зато по отклику можно понять, какой именно механизм держит пары живыми там, где они не должны выживать.
Самый практичный кусок этой истории связан даже не с самим UTe2, а с методом. Авторы использовали контролируемые механические колебания сверхмалого образца и по ним снимали свойства материала в импульсном поле. Это важно, потому что сильные магнитные поля выше 40—50 Тесла доступны лишь в считанных лабораториях мира, а образцы экзотических сверхпроводников часто меньше крупинки соли.
Масштаб тут легко потерять. Поле 70 Тесла примерно в десять раз сильнее, чем у самых мощных клинических МРТ, и на порядки сильнее магнитного поля Земли. В такой среде любой аккуратный сигнал уже достижение, а уж измерение анизотропной восприимчивости на волоске вещества выглядит как инженерный трюк, за который экспериментаторы обычно и получают право писать самые интересные статьи.
Если метод приживётся, он пригодится далеко за пределами одного уранового соединения. Сейчас в той же зоне интереса сидят и другие тяжёлые фермионные системы, и материалы, которые подозревают в топологической сверхпроводимости. Для квантовых вычислений это, конечно, ещё очень дальняя подводка, но для фундаментальной физики шаг заметный: сначала учёные учатся нормально видеть состояние вещества, и только потом приходят красивые обещания из презентаций.
Сверхпроводящий переход UTe2 в обычных условиях лежит около 1,6 К.