Физики из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне обнаружили признаки сверхпроводимости в материале, который ещё не перешёл в сверхпроводящее состояние. Исследование дителлурида урана показало, что электронные пары, отвечающие за это явление, могут формировать упорядоченные структуры даже выше критической температуры, при которой материал теряет нулевое сопротивление.
Эти структуры, известные как волны парной плотности, были предсказаны теоретически около 20 лет назад. В новом исследовании, опубликованном в журнале PNAS, учёные впервые получили прямое экспериментальное подтверждение, что такие волны могут существовать самостоятельно, как «след» исчезнувшей сверхпроводимости. В обычных сверхпроводниках электронные пары образуются только в момент фазового перехода, но в дителлуриде урана они появляются заранее.
Сверхпроводимость возникает, когда электроны в металле при охлаждении объединяются в так называемые куперовские пары. В отличие от одиночных электронов, такие пары могут беспрепятственно двигаться через кристаллическую решётку, обеспечивая нулевое электрическое сопротивление. В классических сверхпроводниках эти пары распределены равномерно, а волны парной плотности представляют собой их периодически повторяющиеся узоры.
Ключом к открытию стали образцы дителлурида урана более высокого качества и применение сканирующего туннельного микроскопа с векторным магнитным полем. Предыдущие попытки заметить волны парной плотности не удавались из-за примесей в кристаллах. Новое оборудование позволило изучить реакцию материала на магнитные поля, приложенные с разных направлений, и выявить аномалии, которые не объяснялись другими известными эффектами, например, волнами зарядовой плотности.
Эксперименты показали, что обнаруженные структуры реагируют на изменения температуры и магнитного поля в точном соответствии с теоретическими моделями волн парной плотности. Самым важным результатом стало то, что эти волновые структуры сохранялись даже после того, как материал нагревали выше критической температуры и он терял свои основные сверхпроводящие свойства. Хотя измерения проводились только на поверхности кристалла, исследователи считают, что полученные данные дают веское основание предполагать аналогичные процессы и внутри материала. Это открытие может изменить представления о механизмах возникновения сверхпроводимости.
