Экспериментаторы из Института квантовой оптики им. Макса Планка вместе с коллегами-теоретиками выявили взаимосвязь между магнетизмом и экзотической фазой вещества, известной как псевдощель. Она возникает в некоторых квантовых материалах чуть выше температуры, при которой они становятся сверхпроводящими. Открытие может способствовать созданию новых материалов с уникальными характеристиками, включая возможность передавать электричество без потерь, пишет Phys.org.
Феномен сверхпроводимости давно занимает ученых своими перспективами революционизировать энергетику и область квантовых технологий. Несмотря на прогресс, природа сверхпроводимости остается недостаточно изученной. Особенно сложная ситуация складывается вокруг большинства современных высокотемпературных сверхпроводников, которые вступают в свою сверхпроводящую фазу через специфический промежуточный этап, называемый псевдощелью. На этом этапе электроны могут проявлять необычные свойства и взаимодействия.
Обычно материал с заданным количеством электронов демонстрирует четкую последовательность ориентаций спинов, создающую антиферромагнитный порядок. Но при изменении состава материала путем добавки посторонних элементов (легирования) этот порядок претерпевает существенные изменения. Хотя ранее считалось, что такое нарушение уничтожает дальний магнитный порядок, новейший эксперимент выявил наличие тонкой формы упорядочивания даже при минимально низкой температуре.
Для изучения загадочного процесса ученые использовали известную физическую модель Ферми-Хаббарда, описывающую взаимодействие электронов в твердом веществе. Вместо реальных материалов эксперты работали с холодными атомами лития, расположенными в специально разработанной лазерной оптической решетке. Эта методика позволила воссоздать сложные явления, которые невозможно воспроизвести стандартными методами исследования твердых веществ. Анализируя десятки тысяч снимков индивидуальных атомов и их магнитных свойств, физики подтвердили наличие зависимости пространственного распределения и магнитных взаимодействий от температуры и уровня добавок.
Кроме того, исследование позволило установить, что электроны не функционируют независимо друг от друга. Напротив, они образуют сложные многочастичные коррелированные структуры. Примечательно, что даже одиночный легирующий компонент может нарушить магнитный порядок на удивительно большой площади.
Таким образом, раскрытые механизмы магнитного порядка помогают приблизиться к разгадке природы сверхпроводимости. Дальнейшие этапы исследования нацелены на выявление новых типов упорядоченных состояний и создание инновационных подходов к изучению квантовой материи с использованием альтернативных методологических решений.
Ранее при помощи новой теории гравитации ученые объяснили космическое ускорение без участия темной энергии.