Вчені відкрили незвичайну форму надпровідності в урановому дителуриді (UTe₂), яка проявляється лише при надзвичайно сильних магнітних полях, кидаючи виклик традиційним уявленням про поведінку надпровідників. Дослідники, серед яких Андрій Невидомський з Рисського університету, опублікували результати у Science, описавши, як цей матеріал створює своєрідне «надпровідне кільце» при впливі інтенсивного магнітного поля.
Звично вважають, що магнітні поля руйнують надпровідність: помірні вже її ослаблюють, а сильніші здатні повністю знищити стан надпровідника. Проте UTe₂ порушив ці очікування. Ще у 2019 році вчені помітили, що надпровідність у цьому матеріалі зберігається навіть при полях, у сотні разів сильніших за ті, що витримують звичайні надпровідники.
«Коли я вперше побачив дані експерименту, я був шокований, — згадує Невидомський. — Надпровідність спершу зникала, як очікувалося, а потім знову проявлялася при ще вищих полях, і тільки в певному напрямку поля».
Це явище отримало назву «фаза Лазаря». Надпровідність зникає при полях нижче 10 тесла, але несподівано повертається після 40 тесла. Дослідники виявили, що цей стан сильно залежить від кута магнітного поля відносно кристалічної структури матеріалу.
Експерименти показали, що надпровідна фаза формує тороїдальне, або «пончикоподібне», кільце навколо певної осі кристалу. «Наші вимірювання показали тривимірне надпровідне кільце навколо твердої b-осі кристалу, — каже Сільвія Левін з NIST. — Це було несподіваним і дуже красивим результатом».
Для пояснення цих спостережень Невидомський створив теоретичну модель, яка відтворює експериментальні дані без надмірних припущень про мікроскопічні механізми. Модель показала, що електрони у парі Купера мають власний кутовий момент, який взаємодіє з магнітним полем, створюючи залежність надпровідності від напрямку поля, що відповідає спостережуваному «кільцю».
Дослідження також проливає світло на взаємодію магнетизму та надпровідності у матеріалах зі сильною анізотропією кристалу. Спостережене різке збільшення намагніченості зразка, так зване метамагнітне переходження, відбувається саме при досягненні критичної величини поля. Хоча природа «клею» для пар Купера в цьому матеріалі ще не до кінця зрозуміла, знання про магнітний момент пар є ключовим для подальших досліджень.
Це відкриття відкриває нові горизонти у вивченні надпровідності та магнетизму, демонструючи, що навіть у «знайомих» матеріалах можуть приховуватися неймовірні фізичні явища, які чекають на своє відкриття.