Физики впервые обнаружили, что один из самых классических типов сверхпроводников — соединение YbSb₂ — способен нарушать общепринятое правило физики об «обратимости времени».
Раньше ученые считали, что подобным странным свойством обладают только редкие и сложные материалы. Это открытие показывает, что необычные квантовые явления могут скрываться и в гораздо более простых сверхпроводящих соединениях.
Ученые из Индийского института научного образования и исследований в Бхопале вырастили кристаллы из иттербия и сурьмы и провели серию проверок. Опыты подтвердили, что перед ними классический сверхпроводник первого типа: такие материалы полностью выталкивают внешние магнитные поля, работают как идеальный щит и не позволяют им проникать вглубь своего кристалла. Результаты опубликовали в научном журнале Physical Review Letters.
Симметрия обращения времени — важнейший принцип квантовой физики. Она означает, что физические процессы в системе должны выглядеть одинаково, если запустить время в обратном направлении — точно так же, как видеозапись, которая выглядит естественно при обратной перемотке. Однако в редких сверхпроводящих материалах эта симметрия нарушается: при охлаждении ниже критической температуры внутри них спонтанно зарождаются собственные микроскопические магнитные поля.
Чтобы проверить наличие этих слабых внутренних полей, исследователи охладили монокристаллы YbSb₂ почти до абсолютного нуля и задействовали метод мюонной спектроскопии. Специалисты направили в толщу материала мюоны — неустойчивые элементарные частицы, которые играют роль чрезвычайно чувствительных внутренних зондов. Измерения показали, что в момент перехода в сверхпроводящее состояние мюоны фиксируют появление спонтанного внутреннего магнитного поля, а это служит прямым доказательством нарушения симметрии.
Авторы научной работы полагают, что найденный эффект связан с особым квантовым состоянием связанных пар электронов внутри кристаллической решетки. Это открытие не просто расширяет представления физиков о свойствах классических сверхпроводников, но и указывает на возможность существования в них так называемой топологической сверхпроводимости. В перспективе подобные свойства смогут послужить основой для разработки квантовых компьютеров будущего, защищенных от случайных ошибок и помех.
Автор: Марк Чернов