Открытие уникальной связи между экзотической фазой вещества и магнетизмом увеличивает возможности для разработки материалов с «невозможными» характеристиками.
Исследователи из Института квантовой оптики имени Макса Планка совместно с теоретиками обнаружили связь между магнетизмом и экзотической фазой вещества, известной как псевдощель. Этот феномен проявляется в некоторых квантовых материалах немного выше температуры, при которой они становятся сверхпроводящими. Открытие имеет потенциал для создания новых материалов с уникальными свойствами, такими как передача электричества без потерь, сообщает Phys.org.
Феномен сверхпроводимости давно привлекает внимание ученых благодаря своим возможностям изменить энергетику и область квантовых технологий. Несмотря на достигнутый прогресс, природа сверхпроводимости остается недостаточно изученной. Особенно сложной является ситуация с большинством современных высокотемпературных сверхпроводников, которые переходят в свою сверхпроводящую фазу через специфический промежуточный этап, называемый псевдощелью. На этом этапе электроны могут демонстрировать необычные свойства и взаимодействия.
Обычно материал с определенным количеством электронов показывает четкую последовательность ориентаций спинов, создающую антиферромагнитный порядок. Однако при изменении состава материала за счет добавления посторонних элементов (легирования) этот порядок претерпевает значительные изменения. Хотя ранее считалось, что такое нарушение уничтожает дальний магнитный порядок, новейший эксперимент показал наличие тонкой формы упорядочивания даже при минимально низкой температуре.
Для изучения этого загадочного процесса исследователи применили известную физическую модель Ферми-Хаббарда, которая описывает взаимодействие электронов в твёрдом теле. Вместо реальных материалов эксперты работали с холодными атомами лития, размещёнными в специально разработанной лазерной оптической решетке. Данная методика позволила воссоздать сложные явления, которые невозможно воспроизвести стандартными методами изучения твёрдых веществ. Анализируя десятки тысяч изображений отдельных атомов и их магнитных свойств, физики подтвердили зависимость пространственного распределения и магнитных взаимодействий от температуры и уровня добавок.
Кроме того, исследование показало, что электроны не функционируют независимо друг от друга. Напротив, они формируют сложные многочастичные коррелированные структуры. Примечательно, что даже один легирующий компонент может нарушить магнитный порядок на удивительно большой площади.
Таким образом, выявленные механизмы магнитного порядка помогают приблизиться к разгадке природы сверхпроводимости. Дальнейшие этапы исследований нацелены на открытие новых типов упорядоченных состояний и создание инновационных подходов к изучению квантовой материи с использованием альтернативных методологических решений.
Фото: hi-tech.mail.ru