2609
Фізики Okayama University виявили в матеріалі K2Cr3As3 одразу три різні надпровідні фази, які виникають залежно від температури та сили магнітного поля. Усі три стани демонструють ознаки spin-triplet superconductivity — рідкісного типу надпровідності, де пари електронів мають сумарний спін 1, а не 0, як у звичайних надпровідниках. Один із виявлених станів теоретично може підтримувати збудження Майорани, які розглядають як перспективний інструмент для стійких до помилок квантових обчислень.
Надпровідність виникає, коли матеріал нижче певної критичної температури проводить струм без електричного опору. У стандартних надпровідниках електрони утворюють куперівські пари з протилежними спінами, тому їхній сумарний спін дорівнює нулю.
Spin-triplet стан влаштований інакше. Спіни двох електронів можуть формувати сумарний момент 1, через що надпровідна хвильова функція отримує додаткові внутрішні ступені свободи. Саме це теоретично дозволяє одному матеріалу мати кілька різних надпровідних фаз.
K2Cr3As3 давно цікавить фізиків як кандидат на нетрадиційну надпровідність. Матеріал переходить у надпровідний стан приблизно при 6,2 кельвіна й при цьому не має звичайного магнітного порядку.
Команда виростила монокристали методом високотемпературного розчинного росту, після чого досліджувала їх за допомогою ядерного магнітного резонансу. NMR дозволяє вимірювати локальне електронне середовище й, що особливо важливо для цієї роботи, спінову сприйнятливість уже всередині надпровідного стану.
Дослідники змінювали температуру й силу магнітного поля в широкому діапазоні, орієнтуючи поле паралельно кристалографічній осі c. Так вони побудували фазову діаграму й побачили три окремі області, які назвали A, B та C.
У фазі A спінова структура залежить від імпульсу електронів, але система зберігає симетрію обернення часу. При подальшому охолодженні за відносно слабкого поля матеріал переходив у фазу B, де надпровідна структура отримує певну «рукість» і вже порушує цю симетрію.
За сильнішого магнітного поля виникала фаза C. У ній надпровідна щілина зникає не в окремих точках, а вздовж цілої лінії в просторі імпульсів.
Сам факт трьох різних фаз автори вважають сильним доказом spin-triplet pairing. За словами керівника роботи Го-ціна Чжена, K2Cr3As3 має найвищу критичну температуру серед систем, для яких такий тип спарювання вдалося продемонструвати настільки переконливо.
Особливий інтерес викликає топологічна природа частини фаз. У відповідних умовах матеріал може підтримувати Majorana excitations — колективні квазічастинки, які математично поводяться як частинки, тотожні власним античастинкам. Подібні стани важливі для концепції топологічного квантового комп’ютера, де інформація могла б зберігатися у формі, менш чутливій до локальних збурень і шумів.
https://phys.org/news/2026-09-quantum-phases-chromium-based-material.html
