Физичарите открија суперпроводник кој ја „крши“ симетријата на времето
Новиот материјал би функционирал во внатрешноста на многу ниска температура како суперпроводник низ кој електроните можат да поминат без отпор, додека на површината би можеле да се појават такви Мајоранини возбудувања, што е интересно поради можните примени во квантното пресметување.
Физичарите открија материјал кој може да покаже необично квантно својство: спонтано кршење на математичката симетрија на времето.
Станува збор за итриум диантимонид, YbSb₂. Меѓународен тим предводен од истражувачи од Индискиот институт за научно образование и истражување (IISER) Бопал ги проучил неговите електрични и квантни својства и ги објавил резултатите во списанието Physical Review Letters.
Еден од важните термини во истражувањето е симетријата на пресвртот на времето. Тој го опишува фактот дека многу физички закони функционираат математички исто ако времето се смета за обратно. Сепак, некои квантни состојби можат да ја нарушат оваа симетрија. Истражувачите синтетизирале единечни кристали од YbSb₂ и користеле Х-зраци за да го испитаат нивниот хемиски состав и сложена кристална структура. Електричниот отпор на материјалот нагло паднал на нула на температура од околу -272 °C, нешто повеќе од еден степен над апсолутната нула од -273,15 °C.
Мерењата на специфичната топлина потврдија дека материјалот има својства на суперпроводник од тип I. Анализата, исто така, покажа дека е во таканаречена целосно отворена состојба, или дека постои енергетска бариера што им отежнува на спарените електрони да се одвојат и да излезат од суперспроводливата состојба.
Магнетизам што се појавува сам од себе
Клучната индикација дојде од мерењата со употреба на спектроскопија на мионски спин, техника што овозможува проучување на магнетните полиња во материјалите со употреба на миони, субатомски честички што се однесуваат како многу мали магнети. Кога истражувачите не примениле никакво надворешно магнетно поле, тие забележале дека многу слаби магнетни полиња спонтано се појавиле во материјалот откако YbSb₂ влегол во суперспроводлива состојба.
Ова е важно бидејќи насоката на магнетното поле математички се менува кога насоката на времето е обратна. Спонтаната појава на магнетно поле во суперспроводлива состојба е затоа клучен доказ дека материјалот може да ја наруши симетријата на временскиот пресврт.
Во дополнителни мерења, истражувачите откриле и дека електроните во YbSb₂ не се спаруваат на вообичаен начин. Наместо тоа, тие формираат таканаречена спински триплет, посебен вид на Куперов пар во кој електронските спинови можат да имаат различни комбинации. Поточно, тоа е состојба на „внатрешно антисиметрична неунитарна триплетна состојба“ (INT), која има нето магнетен момент. Со други зборови, магнетните придонеси на електроните во парот не се поништуваат меѓусебно.
Таквото спарување му овозможува на материјалот сам да ја наруши симетријата на временскиот пресврт без потреба од надворешно магнетно поле.
Можни Мајорана модови на површината
За да разберат како се формираат ваквите триплетни парови, истражувачите го моделирале материјалот врз основа на неговите фундаментални физички својства. Моделот покажува дека електроните што ги формираат паровите доаѓаат од различни енергетски орбитали. Комбинацијата на овие својства би можела да му овозможи на YbSb₂ да поддржува таканаречени Мајорана режими без празнини на неговата површина. Ова се квантни возбудувања што се однесуваат како свои античестички.
Внатре, материјалот би функционирал како суперспроводник на многу ниски температури, низ кои електроните можат да поминат без отпор, додека таквите Мајорана возбудувања би можеле да се појават на површината, што е интересно поради можните примени во квантното пресметување. Тополошките квантни материјали би можеле потенцијално подобро да ги заштитат квантните информации од надворешни влијанија како што се топлината и електромагнетниот шум.
Ваквите влијанија, заклучува Science Alert, можат да ги нарушат квантните состојби потребни за работа на квантните компјутери. Материјалите со соодветни тополошки својства затоа еден ден би можеле да помогнат во намалувањето на чувствителноста на квантните системи на такви нарушувања.