Обнаружен материал, который ведет себя иначе всех известных металлов

Группа исследователей из Института физики твердого тела и материаловедения в Дрездене сделала сенсационное открытие, изучая необычный кристалл, получивший название платина-висмут-два. Как сообщает Science Daily, внешне этот материал выглядит как обычный серый металл, однако электроны внутри него демонстрируют совершенно непредсказуемое поведение, не вписывающееся в современные представления о сверхпроводимости

Ранее команда уже показала, что только верхняя и нижняя поверхности кристалла способны становиться сверхпроводящими при охлаждении — электроны на этих слоях могут двигаться без сопротивления. Новые наблюдения выявили еще более удивительное явление: способ спаривания электронов на этих поверхностях не аналогичен ни одному известному сверхпроводнику. Более того, на гранях материала самопроизвольно формируются частицы Майораны, которые рассматриваются как потенциальные строительные блоки для квантовых компьютеров будущего.

Особенность платина-висмут-два заключается в его своеобразной «трёхслойной» структуре электронного поведения. Электроны на верхней и нижней поверхности фиксированы благодаря топологическим свойствам кристалла и атомной упорядоченности вещества. При понижении температуры эти электроны образуют пары и начинают двигаться без сопротивления, в то время как внутренние электроны сохраняют обычное металлическое поведение. Получается эффект «бутерброда» с идеально проводящими поверхностями и металлическим сердечником.

Наибольшее удивление у ученых вызвал рисунок спаривания электронов, выявленный в лаборатории доктора Сергея Борисенко с использованием сверхточных измерительных методов. Оказалось, что электроны, движущиеся в шести определенных направлениях, полностью отказываются объединяться в пары, формируя необычную шестикратную симметрию. Ранее ни один сверхпроводник не демонстрировал подобного явления: обычные материалы не зависят от направления движения электронов, а ранее открытые необычные сверхпроводники показывали максимум четырёхкратную симметрию. Механизм этого спаривания пока остается неизвестным.

Дополнительно исследование подтвердило спонтанное образование частиц Майораны на краях кристалла. Эти экзотические объекты ведут себя так, словно один электрон разделяется на две части — принцип, лежащий в основе создания устойчивых квантовых битов. Теоретические модели предполагают, что на поверхности кристалла можно формировать искусственные «ступеньки» для регулирования числа таких частиц. В настоящее время ученые сосредоточены на управлении этими эффектами с помощью точного изменения структуры материала и применения магнитных полей, приближая его использование в будущих квантовых технологиях.

Читайте также: