Nadprzewodnictwo sterowane polem magnetycznym

Nadprzewodnictwo sterowane polem magnetycznym

Nadprzewodnictwo i pola magnetyczne są zwykle postrzegane jako rywale, bowiem bardzo silne pola magnetyczne zazwyczaj niszczą stan nadprzewodzący. Fizycy z Paul Scherrer Institute wykazali, że stan nadprzewodzący w materiale CeCoIn5 istnieje w obecności silnego zewnętrznego pola magnetycznego.

Stan, w którym znajduje się materiał może być manipulowany poprzez modyfikację kierunku wirowania pola. Materiał mimo, że przewodzi także w słabszych polach, to w obecności silnego w tym samym materiale generuje dodatkowy stan. Nowy stan jest sprzężony z rozkazem antyferromagnetycznym , który pojawia się równocześnie z pojawieniem się pola. Ten stan rzeczy naukowcy zaobserwowali w laboratorium PSI w Grenoble.

Materiał CeCoIn5 nadprzewodzi w bardzo niskich temperaturach. Zgodnie z oczekiwaniami, nadprzewodnictwo jest niszczone w obecności bardzo silnych pól magnetycznych (w przypadku tego materiału – powyżej 12 Tesli). Naukowcy z Instytutu Paula Scherrera wykazali jednak, że zanim to się stanie wytworzony zostaje nowy egzotyczny stan materiału. W tym stanie, oprócz nadprzewodnictwa został zaobserwowany antyferromagnetyzm. Momenty magnetyczne częściowo skierowane są w jednym kierunku, a częściowo w przeciwnym, w regularny sposób . Zasada symetrii skłania do konkluzji, że nowy stan kwantowy związany jest z polem magnetycznym.

Naukowcy z PSI zbadali tę właściwość materiału, stwierdziwszy, iż nowy stan kwantowy odpowiada drugiemu, niezależnemu stanowi nadprzewodnictwa. Nadprzewodnictwo występuje wówczas, gdy elektrony łączą się w pary Coopera, które mogą poruszać się bez przeszkód w przestrzeni materiału . Z ich punktu widzenia, istnieją różne rodzaje nadprzewodnictw, które różnią się w szczególności ze względu na właściwości symetrii przepływu par Coopera. W badanym materiale po raz pierwszy rozróżniono dwa jego typy występujące jednocześnie.

„Obserwowane zachowanie materiału było zupełnie nieoczekiwane i na pewno nie jest to efekt czysto magnetyczny", powiedział Michel Kenzelmann, szef zespołu badawczego PSI. „Szczególną cechą tego stanu jest to, że jest on ściśle związany z magnetyzmem. Oznacza to, że zależy on od natężenia zewnętrznego pola magnetycznego, które w przyszłości pozwoli sterować stanem nadprzewodnictwa materiału.", podsumował. „Możliwość bezpośredniego kontrolowania stanów kwantowych może być ważne dla przyszłych komputerów kwantowych. Nawet jeśli ten konkretny materiał nie będzie stosowany ze względu na wymagane niskie temperatury, może wskazać kierunek badań nad nowymi materiałami, które na to pozwolą", dodał Szymon Gerber, pierwszy autor publikacji w Nature Physics.

(rr)