Jeśli czujesz się zagubiony, jesteśmy tutaj, aby pomóc Ci to rozwikłać.
Naukowcy z Instytutu Paula Scherrera (PSI), wykorzystując rotację spinu mionów w szwajcarskim źródle mionów (SmS), odkryli, że zjawisko kwantowe zwane łamaniem symetrii z odwróceniem czasu ma miejsce na powierzchni nadprzewodnika Kagome RbV₃Sb₅ i zachodzi w temperaturach do 175 tys.
Ustanawia to nowy rekord temperatury, w której w systemach Kagome obserwuje się łamanie symetrii z odwróceniem czasu.
Przepraszam, co?
Tak, dobrze przeczytałeś: -98 stopni Celsjusz. W świecie kwantowym jest naprawdę gorąco. W większości materiału RbV₃Sb₅ złamanie symetrii z odwróceniem czasu następuje w znacznie niższej temperaturze, tj. 60 K, czyli -213 stopni Celsjusza.
OK, więc to tak, jakby Kagome mógł przebywać w swojej kreatywnej strefie, siedząc w saunie. O co chodzi?
Łamanie symetrii z odwróceniem czasu (łamanie TRS) jest cechą charakterystyczną niezwykłego zachowania elektronicznego i magnetycznego, które może prowadzić do egzotycznych faz kwantowych: zjawisk, które mogą potencjalnie być bardzo przydatne w technologiach kwantowych. Dlatego znalezienie bardziej „możliwej do opanowania” temperatury jest ekscytujące.
Poczekaj chwilę, potrzebna jest pomoc. Złamanie symetrii polegającej na odwróceniu czasu?
Symetria odwrócenia czasu (TRS) to koncepcja mówiąca, że prawa fizyki są takie same niezależnie od tego, czy czas biegnie do przodu, czy do tyłu. W przypadku niektórych materiałów, takich jak nadprzewodnik Kagome, symetria ta może zostać naruszona, co oznacza, że system zachowuje się inaczej, jeśli czas zostanie odwrócony.
W materiale Kagome badanym w tej pracy w pewnych warunkach zbiorowe zachowanie elektronów (tzw. porządek ładunku) tworzy pola magnetyczne, które łamią tę symetrię. Ten rodzaj uporządkowania ładunków wiąże się z niezwykłymi właściwościami magnetycznymi i transportowymi, dlatego cieszy się dużym zainteresowaniem.
….i Kagome? Ciągle zmieniamy to słowo, ale co ono właściwie oznacza?
Kagome to nazwa tradycyjnego japońskiego wzoru tkania koszyków, utworzonego z wzoru trójkątów dzielących narożniki. Jednak fizycy zajmujący się materią skondensowaną odkryli jakiś czas temu, że jeśli w tej strukturze ułożone są atomy, zbiorowe zachowanie elektronów powoduje powstawanie egzotycznych i poszukiwanych zjawisk kwantowych.
W przypadku RbV₃Sb₅ jedną z tych właściwości jest nadprzewodnictwo, które zaczyna się poniżej naprawdę chłodnych 2 stopni Kelvina. Jeszcze inne zjawiska kwantowe, które również są obiecujące w zastosowaniach technologicznych, pojawiają się w wyższych temperaturach: na przykład nasz dobry przyjaciel, pękanie TRS.
Zatem sedno sprawy polega na tym, że odkryli superfajną właściwość w niezbyt zimnej temperaturze?
To część tego, tak. Kluczem tutaj nie jest jednak tylko to, że pękanie TRS zachodzi w wysokiej temperaturze. Chodzi o to, że zależy to od głębokości materiału, tj. odległości od powierzchni do objętości. Oznacza to, że fazę kwantową można dostroić.
Ta możliwość strojenia umożliwia kontrolowanie właściwości elektronicznych i magnetycznych materiału w bardziej dostępnych temperaturach. Ważną częścią wykorzystania egzotycznych zjawisk kwantowych w zastosowaniach w świecie rzeczywistym jest możliwość manipulowania nimi.
Pomóż mi umieścić tę historię we właściwej części mojej głowy.
Ostatecznie ta historia jest częścią szerszej układanki niekonwencjonalnego nadprzewodnictwa i poszukiwań go w bardziej dostępnych warunkach. Ten sam zespół badawczy, kierowany przez Zuraba Guguchię, powiązał wcześniej łamanie TRS z nadprzewodnictwo w tym materiale.
Chociaż w najnowszym badaniu nie badano nadprzewodnictwa, zespół uważa, że jego odkrycia wskazują, że nadprzewodnictwo będzie można także dostrajać wraz z głębokością; coś, co zespół planuje zbadać.
Mam wrażenie, że już coś o tym czytałem. I nie dlatego, że w wolnym czasie wyplatam kosze.
Jeśli ta historia brzmi znajomo, to znaczy, że zwracałeś na nią uwagę. W 2022 r. Guguchia i jego zespół opublikowali w czasopiśmie Nature wielkie odkrycie porządku ładunku niszczącego TRS w podobnym nadprzewodniku Kagome: poważny przełom w tej dziedzinie. Od tego czasu zaczęli pokazywać, jak można dostroić to zjawisko w różnych warunkach i ustalić powiązanie z niekonwencjonalnym nadprzewodnictwem.
Odniesienie: „Zależne od głębokości badanie łamania symetrii z odwróceniem czasu w kagome superconductor AV3Sb5” JN Graham, C. Mielke III, D. Das, T. Morresi, V. Sazgari, A. Suter, T. Prokscha, H Deng, R. Khasanov, SD Wilson, AC Salinas, MM Martins, Y. Zhong, K. Okazaki, Z. Wang, MZ Hasan, MH Fischer, T. Neupert, J.-X. Yin, S. Sanna, H. Luetkens, Z. Salman, P. Bonfà i Z. Guguchia, 17 października 2024 r., Komunikacja przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41467-024-52688-6
