Физики Университета штата Мэриленд обнаружили экзотический сверхпроводник YPtBi, внутри которого электроны, взаимодействуя друг с другом, образуют квазичастицы с высоким спином. Об этом сообщается в журнале Science Advances.
Ученые проанализировали электронную структуру материала, изготовленного из иттрия, платины и висмута (YPtBi), в котором электрическое сопротивление исчезает при температуре 0,8 кельвина. Однако этот проводник не удовлетворяет одному из критериев сверхпроводимости, согласно которому плотность переносчиков заряда должна быть высокой, чтобы могли образоваться бозоны. Таким образом, свойства YPtBi невозможно описать с позиции доминирующей теории сверхпроводников.
Материал подвергли воздействию магнитных полей, особенности проникновения которых в кристалл обусловлены природой спаривания электронов внутри. При этом YPtBi нагревали и следили за изменениям в магнитных полях внутри сверхпроводника. Оказалось, что глубина проникновения линейно возрастала с ростом температуры, хотя в обычных сверхпроводниках эта зависимость имеет экспоненциальный характер.
Согласно выводу ученых, такая картина объясняется тем, что целый спин системы равен трем. В этом случае электроны, которые образуют пары, имеют высокий спин 3/2, который возникает из-за изменения зонной структуры в кристалле YPtBi. Это изменение, в свою очередь, происходит благодаря взаимодействию электронов, движущихся по орбите вокруг ядра атома, со своим собственным спином. Однако пока неизвестно, что за механизм отвечает за спаривание высокоспиновых электронов.
Сверхпроводимостью называют свойство проводника, при котором электроны движутся в материале, не испытывая электрического сопротивления. Обычно оно достигается при сверхнизких температурах, когда электроны (обладающие полуцелым спином 1/2) взаимодействуют друг с другом, образуя так называемые куперовские пары. Последние могут рассматриваться как частицы с целым спином (0 или 1), которые подчиняются статистике Бозе-Эйнштейна и называются бозонами. Поскольку все бозоны могут достигать самого низкого энергетического уровня, куперовские пары не взаимодействуют с атомами проводника.