Исследователи из Мэрилендского университета, Национального института стандартов и технологий (NIST), Национальной лаборатории высокого магнитного поля (NHMFL) и Оксфордского университета наблюдали редкое явление, называемое повторной сверхпроводимостью, в материале дителлурида урана. Открытие расширяет возможности использования этого материала в квантовых компьютерах.

Статья об исследовании появилась в журнале Nature Physics.

Прозванное «сверхпроводимостью Лазаря» в честь библейского персонажа, который воскрес из мертвых, это явление происходит, когда сверхпроводимость возникает, разрушается, а затем вновь появляется в материале из-за изменения определенного параметра. Например, в случае приложения очень сильного магнитного поля.

Одним из материалов, обладающих таким свойством, оказался дителлурид урана. Возможность сверхпроводимости в нем была открыта не так давно. Авторы работы случайно синтезировали кристалл этого материала, пытаясь получить другое соединение на основе урана. Команда решила все равно попробовать провести некоторые эксперименты с ним, хотя предыдущие исследования соединения не дали ничего необычного.

Любопытство команды вскоре было многократно вознаграждено. В августе исследователи сообщили, что сверхпроводимость дителлурида урана связана с необычными электронными конфигурациями, называемыми спиновыми триплетами, в которых пары электронов выровнены в одном направлении. В подавляющем большинстве сверхпроводников спины парных электронов направлены в противоположные стороны. Эти пары, называемые синглетами, легко разрушаются магнитными полями, и сверхпроводимость исчезает.

Однако спиновые триплетные сверхпроводники могут выдерживать гораздо более высокие напряжения полей. Исследователи испытали дителлурид урана при самых высоких — до 65 Тесла — силах магнитных полей, более чем в 30 раз превышающих силу типичного магнитного поля МРТ. Ученые попытались найти верхний предел, при котором магнитные поля разрушают сверхпроводимость материала. Авторы работы также экспериментировали с ориентацией кристалла дителлурида урана под несколькими различными углами по отношению к направлению магнитного поля.

При 16 Тесла сверхпроводящее состояние материала резко исчезло. Но его удалось вернуть простым изменением угла, под которым кристалл находился по отношению к магнитному полю. Это необычное поведение продолжалось примерно до 35 Тесла, в этот момент вся сверхпроводимость исчезла, и электроны изменили свое положение, войдя в новую магнитную фазу. Когда исследователи увеличили магнитное поле, продолжая экспериментировать с углами, они обнаружили, что другая ориентация кристалла дала еще одну сверхпроводящую фазу, которая сохранилась по крайней мере до 65 Тесла. Это была рекордная производительность для сверхпроводника. Оказалось, что это первый материал, в которым были найдены две сверхпроводящие фазы, созданные приложением магнитного поля.

Хотя пока еще не ясно, что именно происходит на атомном уровне, физики говорят, что доказательства указывают на явление, принципиально отличное ото всего, что им удавалось видеть до сих пор.