Исследователи из Киотского университета представили результаты экспериментов с рутенатом стронция (Sr2RuO4) – материалом, который остается одной из главных загадок физики конденсированного состояния на протяжении последних тридцати лет. С момента обнаружения его сверхпроводящих свойств в 1994 году ученые пытаются определить характер взаимодействия электронов в этом соединении. Новые данные, полученные при воздействии механического напряжения на кристаллы, ставят под сомнение доминирующие гипотезы о природе его сверхпроводимости.
Сверхпроводимость, то есть способность проводить электрический ток без сопротивления, обычно проявляется при экстремально низких температурах. Для изучения внутренней структуры материала физики отслеживают, как критическая температура перехода (Tc) реагирует на внешнее воздействие. В предыдущих работах, основанных на данных ультразвуковой диагностики, предполагалось, что рутенат стронция обладает сложным двухкомпонентным состоянием. Такая модель подразумевает возникновение внутренних магнитных полей и высокую чувствительность к сдвиговой деформации – смещению слоев кристаллической решетки относительно друг друга.
В ходе эксперимента японские ученые разработали метод прецизионного контроля нагрузки на сверхтонкие образцы рутената стронция. С помощью высокоточных оптических приборов они измеряли уровень деформации при температуре около 30 кельвинов (–243 градуса Цельсия). Физики применили три типа сдвиговой нагрузки, ожидая существенных изменений температуры перехода. Однако результаты оказались неожиданными: показатель Tc практически не изменился. Отклонение составило менее 10 милликельвинов на каждый процент деформации, что находится на грани чувствительности оборудования.
Такая инертность материала фактически исключает возможность существования двухкомпонентного сверхпроводящего состояния в его классическом понимании. Это открытие указывает на то, что рутенат стронция, скорее всего, относится к однокомпонентным сверхпроводникам или обладает еще более экзотическими свойствами, которые пока не описаны существующими моделями. Исследование стало важным шагом к разрешению одного из самых длительных споров в современной физике металлов.
Полученные данные создают новый научный парадокс. Прямые измерения деформации противоречат результатам ультразвуковых исследований, которые ранее указывали на сильный отклик материала. Разрешение этого противоречия станет следующей задачей для теоретиков и экспериментаторов. Примененный в Киото метод контроля механического напряжения может быть использован для изучения других нетрадиционных сверхпроводников, что поможет глубже понять механизмы сложных фазовых переходов в твердых телах.