Физики-теоретики из Массачусетского технологического института предложили объяснение редкого и долго считавшегося невозможным эффекта — сосуществования сверхпроводимости и магнетизма. Работа опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences и раскрывает результаты недавних экспериментов, которые выбивались из привычных представлений о квантовой материи.
В прошлом году две независимые группы обнаружили, что сверхпроводимость и магнитный порядок могут возникать одновременно. Один эксперимент показал это в ромбоэдрическом графене из нескольких атомных слоев, другой — в кристалле дителлурида молибдена MoTe₂. Это противоречило классическому правилу — магнитное поле обычно разрушает куперовские пары электронов, обеспечивающие ток без сопротивления.
Ученые из Массачусетского технологического института предположили, что ключ к этому парадоксу — в анионах. В определенных двумерных материалах электроны могут дробиться на квазичастицы с дробным зарядом. Такие объекты не укладываются в привычное деление на бозоны и фермионы и подчиняются особым квантовым законам. Главное — при нужных условиях они способны двигаться согласованно, формируя сверхток даже в магнитной среде.
Теория опирается на свойства MoTe₂, где ранее наблюдали фрактальный квантовый аномальный эффект Холла. В этом режиме электроны распадаются на доли с зарядом ⅓ или ⅔ от заряда электрона. Расчеты показали, что при доминировании анионов с зарядом ⅔ система выходит из состояния квантовой фрустрации — частицы перестают блокировать движение друг друга и переходят в режим сверхпроводимости. Этот механизм отличается от классического и не требует образования обычных электронных пар.
У нового состояния есть характерный признак — спонтанное появление вихревых сверхтоков в разных участках кристалла. Такой эффект можно искать в экспериментах как прямую проверку модели. Если теория подтвердится, физика получит новый тип сверхпроводимости и более широкий класс квантовой материи, потенциально пригодной для создания устойчивых кубитов — ключевых элементов квантовых вычислений.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что физики научились создавать электронику без токсичных химикатов с помощью света.
