Новое открытие ставит под сомнение существующие теории: физики наблюдали необычное квантовое поведение в сверхпроводниках.

Новое исследование демонстрирует, что сильно неупорядоченные сверхпроводники обладают квантовым фазовым переходом первого рода. Это резкий переход от сверхпроводящего состояния к изолирующему. Данное открытие является поразительным, так как такие внезапные изменения не встречаются в сверхпроводниках. В большинстве случаев они переживают квантовые фазовые переходы второго рода, которые происходят медленно и постепенно. Ученые предполагают, что выявленные резкие фазовые переходы могут способствовать разработке новых квантовых материалов. Это исследование было опубликовано в журнале Nature Physics, сообщает Interesting Engineering.

Фазовые переходы представляют собой изменения состояния вещества, например, переход из твердого в жидкое или из сверхпроводящего в изолирующее состояние. Эти изменения происходят, когда определенные параметры, такие как температура или давление, достигают критической точки.

Существует еще одно свойство, влияющее на фазовый переход, называемое сверхтекучей жесткостью. Это показатель устойчивости сверхпроводящего состояния материала к фазовым изменениям, что имеет важное значение для понимания разрушения сверхпроводимости во время фазовых переходов.

Обычно, когда сверхпроводники проходят фазовый переход, сверхтекучая жесткость постепенно уменьшается. Однако физики наблюдали нечто необычное при исследовании аморфных пленок оксида индия. Оксид индия имеет ряд структурных, химических и атомных нарушений. Для того чтобы выяснить, как эти нарушения можно точно контролировать, ученые изучили поведение материала по мере увеличения его неупорядоченности.

Для этого исследователи применили микроволновую спектроскопию, что позволило точно измерить сверхтекучую жесткость оксида индия. Результаты исследования показали, что вместо плавного изменения произошло неожиданно резкое снижение сверхтекучей жесткости пленок оксида индия.

Материал функционирует как сверхпроводник, когда пары электронов, известные как куперовские пары, движутся совместно и скоординированно. В ходе исследования ученые обнаружили, что при введении беспорядка в материал куперовские пары начинают вести себя необычным образом.

Обычно куперовские пары способствуют безсопротивленческой проводимости материала, но при значительном беспорядке эти пары начинают конкурировать между собой. Это вызывает противоречие между сверхпроводящим состоянием и изолирующим состоянием.

Физики выяснили, что температура, при которой исследуемый материал теряет свою сверхпроводящую способность, больше не определяется степенью спаривания электронов, а самой сверхтекучей жесткостью.

Это указывает на то, что материал входит в особое состояние, где пары электронов формируются, но не действуют скоординированно для поддержания сверхпроводимости. Это квантовое состояние представляет собой критическую фазу в некоторых квантовых материалах, особенно в высокотемпературных сверхпроводниках, поскольку оно помогает объяснить их поведение и выявить потенциал для применения в квантовых технологиях, утверждают физики.