Открытие, сделанное в TU Wien (Вена), могло бы стать важным шагом в этом направлении: группа физиков твердого тела изучила необычный материал – так называемый «странный металл», состоящий из иттербия, родия и кремния. Странные металлы демонстрируют необычную взаимосвязь между электрическим сопротивлением и температурой.
В случае этого материала эту корреляцию можно увидеть в особенно широком диапазоне температур, и механизм, лежащий в основе, известен. Вопреки предыдущим предположениям, теперь выясняется, что этот материал также является сверхпроводником и что сверхпроводимость тесно связана со странным поведением металла.
Это может быть ключом к пониманию высокотемпературной сверхпроводимости и в других классах материалов.
Странный металл: линейная зависимость между сопротивлением и температурой
В обычных металлах электрическое сопротивление при низких температурах увеличивается пропорционально квадрату температуры. Однако в некоторых высокотемпературных сверхпроводниках ситуация совершенно иная: при низких температурах, ниже так называемой температуры сверхпроводящего перехода, они вообще не показывают электрического сопротивления, а выше этой температуры сопротивление увеличивается линейно, а не квадратично с температурой. Это то, что определяет «странные металлы»."
«Поэтому в последние годы уже подозревали, что эта линейная зависимость между сопротивлением и температурой имеет большое значение для сверхпроводимости», – говорит проф.
Силке Бюлер-Пашен, возглавляющая направление исследований «Квантовые материалы» в Институте физики твердого тела Венского технического университета. "Но, к сожалению, до сих пор мы не знали подходящего материала для более глубокого изучения этого вопроса.«В случае высокотемпературных сверхпроводников линейная зависимость между температурой и сопротивлением обычно обнаруживается только в относительно небольшом диапазоне температур, и, кроме того, различные эффекты, которые неизбежно возникают при более высоких температурах, могут влиять на эту взаимосвязь сложным образом.
Уже было проведено множество экспериментов с экзотическим материалом (YbRh2Si2), который демонстрирует странное поведение металла в чрезвычайно широком диапазоне температур – но, что удивительно, из этого крайнего состояния «странного металла», похоже, не возникла сверхпроводимость. «Теоретические соображения уже были выдвинуты, чтобы обосновать, почему здесь просто невозможна сверхпроводимость», – говорит Силке Бюлер-Пашен. «Тем не менее, мы решили еще раз взглянуть на этот материал."
Рекордные температуры
В TU Wien имеется особо мощная низкотемпературная лаборатория. «Там мы можем изучать материалы в более экстремальных условиях, чем другие исследовательские группы смогли сделать до сих пор», – объясняет Силке Бюлер-Пашен.
Сначала команда смогла показать, что в YbRh2Si2 линейная зависимость между сопротивлением и температурой существует в еще более широком диапазоне температур, чем считалось ранее, – а затем они сделали ключевое открытие: при чрезвычайно низких температурах всего в один милликельвин странный металл превращается в сверхпроводник.
«Это делает наш материал идеально подходящим для выяснения того, каким образом странное поведение металла приводит к сверхпроводимости», – говорит Силке Бюлер-Пашен.
Парадоксально, но сам факт того, что материал становится сверхпроводящим только при очень низких температурах, гарантирует, что его можно использовать для особенно хорошего изучения высокотемпературной сверхпроводимости: «Механизмы, ведущие к сверхпроводимости, особенно хорошо видны при этих чрезвычайно низких температурах, потому что они не являются перекрывается другими эффектами в этом режиме. В нашем материале это локализация части электронов проводимости в квантовой критической точке.
Есть признаки того, что подобный механизм может также отвечать за поведение высокотемпературных сверхпроводников, таких как знаменитые купраты », – говорит Силке Бюлер-Пашен.