Piszą o niej na łamach Physical Review Research, prezentując pierwsze dowody na to, że co najmniej jeden metal zawiera elektrony, które są w stanie zachować wieloblokową strukturę podczas poruszania się w ciele stałym. W czasie analiz naukowcy nie znaleźli jednolitej powierzchni, lecz złożoną strukturę. Gdyby wspomniany metal został wykorzystany do budowy komputerów kwantowych, to mogłyby się one okazać odporne na zakłócenia.
Czytaj też: Brąz, stal i druk 3D. Połączenie, jakiego się nie spodziewaliśmy i którego potrzebowaliśmy
Za wysiłkami w tej sprawie stoją przedstawiciele University of Maryland, Condensed Matter Theory Center oraz Joint Quantum Institute. Aby w ogóle zrozumieć, co dokładnie się wydarzyło, należy mieć na uwadze fakt, że dzięki fizykom dowiedzieliśmy się kiedyś, iż elektrony okrążają jądra w formie przypominającej baloniki. Te tzw. orbitale mogą być bardzo zróżnicowane, na przykład okrągłe bądź przypominające liść koniczyny.
Poszlaki dotyczące istnienia nietypowych struktur sięgają wielu lat wstecz, jednak potrzeba było czasu, aby zebrać dokładne dane na ten temat. YPtBi, bo tak nazywa się materiał wzbudzający szczególne zainteresowanie, może być nadprzewodnikiem, choć wydawało się to mało prawdopodobne. Wynikało to ze stosunkowo niewielkiej liczby ruchomych, przenoszących prąd elektronów. Jakież było więc zaskoczenie, gdy okazał się nie tylko wykazywać nadprzewodnictwo, ale dodatkowo zachowywał się nietypowo w obecności pola magnetycznego.
Jedna z hipotez zakładała, że kształt orbitali odgrywał w tym przypadku kluczową rolę. Oznaczałoby to, że elektrony, które wirują wokół siebie i zakreślają więcej okręgów w przestrzeni, umożliwiają występowanie nietypowego nadprzewodnictwa. O ile wcześniej eksperymenty były prowadzone w niskich temperaturach, tak w pewnym momencie naukowcy postanowili je podwyższyć. W takich okolicznościach materiał stawał się nieprzewodzący, a badacze skupili się na strukturach tworzonych przez orbitale.
Zaobserwowana struktura wykazywała nadprzewodnictwo, choć naukowcy się tego nie spodziewali
Jako że najszybciej poruszające się elektrony tworzą zbiorowy analog orbitali atomowych (zwany powierzchnią Fermiego) to jej kształt może odzwierciedlać strukturę kryształu. Ten zazwyczaj nie przypomina struktury orbitali pojedynczych atomów, lecz w przypadku materiałów takich YPtBi, które posiadają mało ruchomych elektronów, powierzchnia Fermiego jest stosunkowo niewielka. W efekcie wykazuje on część właściwości elektronów, które prawie w ogóle się nie poruszają i są zlokalizowane w centrum powierzchni Fermiego.
Po umieszczeniu YPtBi wewnątrz pola magnetycznego, autorzy badań zaczęli mierzyć prąd płynący przez kryształ i jego reakcje na zmiany pola. Obracając kierunek pola magnetycznego, mogli wyznaczyć prędkość najszybszych elektronów w każdym kierunku. Poza tym zauważyli, że powierzchnia Fermiego ma złożony kształt, ze szczytami i dołkami wzdłuż konkretnych kierunków. Wysoka symetria samego kryształu normalnie prowadziłaby do bardziej jednolitej, kulistej powierzchni Fermiego. Istnienie skomplikowanej struktury było więc zaskakujące. Ostatecznie badacze doszli do wniosku, iż mają do czynienia z pierwszą eksperymentalną obserwacją metalu o wysokim pędzie kątowym. Teraz czas na praktyczne korzyści płynące z wyciągniętych wniosków.
