Новый эксперимент физиков из Института твердого тела и материалов им. Лейбница в Дрездене по вращению спина мюона доказал наличие спонтанных электрических токов в сверхпроводниках. Сверхпроводимость — это ток без электрического сопротивления. Сегодня физики-теоретики и экспериментаторы работают над открытием и объяснением основных фундаментальных механизмов сверхпроводимости.

Исследования этого свойств материалов особенно важно для областей энергетики и моторной техники. Особый интерес представляет материал рутенат стронция с химической формулой Sr₂RuO₄. В этом соединении сверхпроводимость сопровождается спонтанными кольцевыми токами. В отличие от токов в металлических проводах или сверхтоков в обычных сверхпроводниках, они возникают как свойство основного состояния. Это сравнимо с движением электронов по атомным орбиталям, но в сверхпроводнике такой процесс вызван коллективным движением многих электронов.

Поскольку такой особый тип сверхпроводимости со спонтанными токами актуален и для квантовых вычислений, рутенат стронция имеет важное значение для будущих приложений сверхпроводимости.

В статье, опубликованной в журнале Nature Physics, субатомные частицы — мюоны — использовались в качестве зондов для экспериментального обнаружения этих тонких электрических токов в сверхпроводящем рутенате стронция с использованием результирующих магнитных полей. Когда рутенат стронция подвергается одноосному давлению, самопроизвольные токи начинают проявляться при более низкой температуре, чем сверхпроводимость.

Другими словами, переход распадается на две области: сначала сверхпроводимость, затем спонтанные токи. Такое расщепление с давлением, нарушающим симметрию, ранее не демонстрировалось ни в каком другом материале. В будущем ученым придется пересмотреть предыдущие теоретические модели о сверхпроводимости.

Авторы исследования из Института твердого тела и материалов им. Лейбница, Дрезден, отмечают, что эта работа стала возможной только благодаря техническому развитию уникального устройства одноосного растяжения для экспериментов по вращению спина мюона.