Впервые обнаружен квазикристалл-сверхпроводник

Физикам удалось наблюдать переход в сверхпроводящее состояние в квазикристалле — веществе, похожем на кристалл, но не обладающем строго повторяющимися элементами. Авторы называют открытие шагом в сторону новой области исследования — фрактальной сверхпроводимости. Статья с результатами опубликована в журнале Nature Communications.

Многие кристаллические вещества, а также некоторые аморфные, при низких температурах переходят в состояние сверхпроводника — особую фазу, при которой квантовые взаимодействия между электронами позволяют им двигаться без сопротивления. Большинство известных сверхпроводников представляют собой кристаллы, то есть атомы в их структуре в среднем неподвижны и расположены закономерно, образуя периодическую решетку в трехмерном пространстве.

Опыты нобелевского лауреата 2011 года Дана Шехтмана, проведенные в начале 1980-х, продемонстрировали существование другого типа организации материи — квазикристалла. В таком веществе атомы также в среднем неподвижны, но у них нет строгой периодичности структуры, которая характеризуется «запрещенными» для трехмерного пространства симметриями — например, осями пятого порядка. Такие симметрии могут быть разрешены в пространстве с более высокой размерностью, поэтому подобные вещества описываются, например, при помощи пересечения трехмерного физического пространства с воображаемым многообразием высокой размерности, в котором такой квазикристалл стал бы идеально периодической структурой.

В новой работе исследуются свойства сплава алюминия, цинка и магния. Существует несколько соединений этих элементов, в том числе кристалл, про который известно, что он может переходить в сверхпроводящее состояние. Однако соотношение элементов может приводить к иным фазам. «Мы уменьшали количество алюминия, сохраняя магний на прежнем уровне, — комментирует первый автор статьи Кэйсукэ Камия из Нагойского университета в Японии. — Сперва критическая температура сверхпроводникового перехода постепенно уменьшалась с 0,8 до 0,2 кельвинов, но при 15% содержании алюминия произошло два изменения: сплав превратился в квазикристалл, а критическая температура скачкообразно упала до 0,05 кельвинов».

Авторам удалось обнаружить два основных проявления сверхпроводимости — резкое падение электрического сопротивления и выталкивание магнитного поля из объема вещества. Теория описывает, как возникает обычная сверхпроводимость, предполагая кристаллическую структуру вещества. Объяснить явление в описываемом веществе ученые смогли благодаря его сходству с настоящими кристаллами-сверхпроводниками.

«Интересно, что сверхпроводимость в этом сплаве оказалась не связана с его квазикристалличностью, а больше напоминала так называемые грязные кристаллы, — говорит руководитель коллектива Нориаки Сато. — Тем не менее, теория квазикристаллов предсказывает иную форму сверхпроводимости, основанную на фрактальной геометрии этих соединений. По нашему мнению есть высокая вероятность, что фрактальная сверхпроводимость как минимум отчасти ответственная за наблюдаемый феномен, и мы бы очень хотели измерить ее».

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.