TECHNOLOGY - познавательный журнал

Technology - Познавательный Журнал
25 августа 2017

Ученые сообщают про открытие новой формы состояния материи

В журнале Nature ученые сообщают об открытии потенциально нового состояния материи.

Результаты экспериментов показывают, что в сверхпроводниках в сильных магнитных полях наблюдается явление нарушения электронной симметрии. Находя сходства и различия среди классов материалов с такими свойствами, ученые могут устанавливать ключевые компоненты, которые обладают новыми свойствами, такими как сверхпроводимость.

Сверхпроводники с тяжелыми фермионами — это соединения редкоземельных металлов и актиноидов.

У тяжелого фермионного сверхпроводника CeRhIn5 в сильном магнитном поле появляется так называемое электронное нематическое состояние, в котором электроны в материале выстраиваются таким образом, чтобы уменьшить симметрию в первичном кристалле. Теперь это кажется универсальным свойством нетрадиционных сверхпроводников. Нетрадиционная сверхпроводимость возникает у фазовой границы, разделяющей магнитно упорядоченные и неупорядоченные фазы материала.

“Появление электронного упорядочения, названного нематичнеским поведением, в модельных тяжелых фермионных сверхпроводниках свидетельствует о взаимосвязи нематичности и нетрадиционной сверхпроводимости. Отсюда следует, что нематичность является привычной для сверхпроводящих материалов”, — утверждает физик Филипп Роннинг из Лос-Аламосской национальной лаборатории, ведущий автор исследования. Тяжелые фермионы — это интерметаллические соединения, которые включают редкоземельные элементы и актиноиды.

“Тяжелые фермионные материалы имеют другую иерархию энергетических масштабов, чем у переходных металлов или органических веществ, однако у них одинаковые физические свойства в отношении к спину, заряду и степени свободы в сетке”, — добавляет ученый.

Исследователи наблюдали появление флуктующего нематического состояния при квантовой критической точке CeRhIn5, что возникает при индукции магнитного поля 50 Тесла. Нематические состояния характеризуют жидкие кристаллы, в которых молекулы выстроены параллельно, однако не периодически. Нематоподобные состояния ранее наблюдали в переходных металлических системах в точке магнитных и сверхпроводниковых фазовых переходов. Появление этого свойства указывает на связь нематичности и нетрадиционной сверхпроводимости. Однако новое нематическое состояние, обнаруженное в CeRhIn5, по сравнению с другими системами, заключается в том, что оно может легко вращаться в направлении напряженности магнитного поля.

Эксперимент провели на мощном генераторе импульсного магнитного поля Национальной лаборатории высокого магнитного поля в Лос-Аламосе, ведь для достижения его результатов понадобились мощные магнитные поля. Кроме того, для эксперимента были необходимы специальные микронные устройства, изготовленные с помощью ионно-лучевого фрезерования, которое выполнили немецкие специалисты. Это дало возможность провести транспортные измерения в сильных магнитных полях.

Сверхпроводимость широко используют в магнитном резонансном съеме (MRI), ускорителях частиц, в устройствах для магнитного удержания плазмы и радиочастотных и микроволновых фильтрах.