Krystal menší než zrnko písku vzdoruje fyzice: Vědci odhalili tajemství supravodiče, který se vrací k životu

Vědci z Institutu vědy a technologie Rakousko (ISTA) v Klosterneuburgu konečně odhalili důvod, proč se zvláštní supravodič na bázi uranu, známý jako uran-ditellurid (UTe2), zdánlivě vrací k životu pod drtivými magnetickými poli, čímž zdánlivě vzdoruje konvenčním zákonům fyziky.

Vědci z Institutu vědy a technologie Rakousko (ISTA) v Klosterneuburgu konečně odhalili důvod, proč se zvláštní supravodič na bázi uranu, známý jako uran-ditellurid (UTe2), zdánlivě vrací k životu pod drtivými magnetickými poli, čímž zdánlivě vzdoruje konvenčním zákonům fyziky. Tento nekonvenční supravodič s těžkými fermiony mate fyziky od svého náhodného objevu v roce 2019.

Většina supravodičů, které umožňují tok elektrického proudu s nulovým odporem, zejména při extrémně nízkých teplotách, ztrácí své supravodivé vlastnosti v silných magnetických polích. UTe2 však nejprve ztrácí svůj supravodivý stav při magnetických polích o síle přibližně 10 Tesla (více než třikrát silnější než ty, které se používají ve většině MRI skenerů), aby jej pak záhadně znovu získal pod výrazně silnějšími magnetickými poli mezi 40 a 70 Tesla. Pro představu, jedno Tesla dokáže zvednout auto na vrakovišti.

Tým vědců pod vedením asistentky profesorky Kimberly Modic a doktorandky Valesky Zambry provedl rozsáhlé studie materiálu UTe2. Dlouho se věřilo, že magnetismus hraje obrovskou roli v nekonvenční supravodivosti, ale UTe2 není magnetický, což zpočátku komplikovalo pochopení jeho speciálního supravodivého stavu. Krystal UTe2 má skrytý stav nulového odporu, který se objevuje při extrémně vysokých magnetických polích poté, co materiál ztratí svou původní supravodivost při nižších polích.

Aby pochopili, jak tato neobvyklá supravodivost v UTe2 vzniká, studovali vědci materiál předtím, než se objevila reentrantní supravodivost za extrémních magnetických polí. Použili zařízení s pulzním polem, kde vzorky vystavili rychlým magnetickým pulzům dosahujícím až 60 Tesla během desetiny sekundy. Vyvinuli metodu, při které vzorek umístili na konzolovou tyč a mechanicky s ním manipulovali uvnitř magnetického pole. Toto „třesení“ krystalu simulovalo oscilaci směru magnetického pole v čase, což umožnilo rychle zkontrolovat magnetizaci za měnícího se pole. Tato technika jim umožnila přístup k příčné magnetické susceptibilitě za dříve nedosažitelných podmínek. Právě tak objevili oblast silné příčné magnetické susceptibility v UTe2, která funguje jako „lepidlo“ spojující elektrony dohromady, a vysvětlili tak supravodivost při vysokých polích.

Tato práce je důležitá nejen pro pochopení samotného UTe2, ale také otevírá nové cesty ke studiu exotických kvantových materiálů. Vědci dokázali měřit téměř bezchybné kousky UTe2, menší než zrnko soli, a vyvinuli techniky pro jejich přesnou integraci do experimentu. Laboratoře s vysokými poli již kontaktovaly skupinu ISTA, aby přijaly novou měřicí techniku pro své vlastní experimenty. UTe2 může představovat dříve neznámý typ supravodivosti, což z něj činí materiál, který slovo „nekonvenční“ téměř zlehčuje.