Choćby z tego powodu, że zebrane dane wskazują na występowanie tzw. fali gęstości par, czyli PDW. Zjawisko to przewidywano teoretycznie już kilkanaście lat temu, lecz dotąd brakowało bezpośredniego potwierdzenia jego istnienia. Kulisy zorganizowanych badań, a także płynące z nich wnioski trafiły na łamy PNAS.
Nadprzewodnictwo kojarzy się z sytuacją, w której materiał po schłodzeniu poniżej określonej temperatury zaczyna przewodzić prąd bez oporu elektrycznego. Kluczową rolę odgrywają w tym procesie elektrony, które łączą się w pary Coopera. W konwencjonalnych nadprzewodnikach pary te tworzą wspólny stan kwantowy. Gdy temperatura przekroczy wartość krytyczną, uporządkowanie zanika, a materiał traci swoje nadprzewodzące właściwości.
Czytaj też: Fizycy zaobserwowali ślad materii z pierwszych chwil wszechświata. Przełomowe odkrycie w CERN
Nowe badania pokazują jednak, iż sytuacja może być znacznie bardziej skomplikowana. Naukowcy analizowali tellurek uranu, oznaczany jako UTe₂. Materiał ten zyskał oficjalne miano nadprzewodnika dopiero w 2019 roku, kiedy fizycy udowodnili, że przechodzi w stan nadprzewodzący w temperaturze niespełna 2 stopni powyżej zera absolutnego. Od tego czasu UTe₂ stał się jednym z najważniejszych materiałów wykorzystywanych do badań nad nietypowymi formami nadprzewodnictwa.
Szczególne zainteresowanie fizyków wzbudza możliwość występowania w nim tzw. nadprzewodnictwa trypletowego. W takim przypadku pary elektronów mają właściwości odmienne od tych spotykanych w klasycznych nadprzewodnikach. UTe₂ wykazuje również inne nietypowe zachowania elektroniczne, co czyni go dobrym kandydatem do poszukiwania nowych stanów materii.
Tym razem badacze skupili się na falach gęstości par. W zwykłym obrazie nadprzewodnictwa pary Coopera są rozmieszczone w materiale w sposób jednorodny. W przypadku PDW tworzą natomiast regularny, przestrzenny wzór. Co szczególnie zaskakujące, te uporządkowane pary mogą według teorii istnieć nawet powyżej temperatury krytycznej, czyli już po zaniknięciu właściwego stanu nadprzewodzącego. Taki pomysł sięga 2007 roku, ale dopiero teraz pojawiły się konkretne dowody mu poświęcone.
Aby uchwycić niezwykle delikatny sygnał, naukowcy musieli przygotować znacznie lepszej jakości kryształy UTe₂. Następnie wykorzystali skaningowy mikroskop tunelowy wyposażony w możliwość zmiany zarówno siły, jak i kierunku pola magnetycznego. Jest to szczególnie istotne w przypadku tego materiału, którego właściwości zależą od kierunku, w którym prowadzony jest pomiar.
Czytaj też: Ten nadprzewodnik łamie symetrię czasu. Ma niespotykane wcześniej właściwości
Eksperymenty ujawniły mody elektroniczne, których zachowanie zmieniało się wraz z temperaturą i polem magnetycznym dokładnie w sposób przewidywany dla fali gęstości par. Co najważniejsze, sygnały te nie znikały natychmiast po przekroczeniu temperatury, w której UTe₂ przestaje być nadprzewodnikiem. Pozostały widoczne także w wyższych temperaturach. I właśnie z tego względu możemy mówić o tytułowym duchu: główna faza znika, lecz pozostaje po niej ślad w postaci uporządkowanych par Coopera.
Naukowcy przyznają jednocześnie, że ich odkrycie nie zamyka sprawy. Pomiary wykonywali za pomocą mikroskopii tunelowej, która bada przede wszystkim powierzchnię materiału. Nie można więc jeszcze jednoznacznie stwierdzić, czy taki sam stan występuje również we wnętrzu kryształu. Potrzebne będą kolejne eksperymenty, które pozwolą sprawdzić, czy obserwowany stan rzeczywiście rozciąga się na całą objętość materiału. Gdyby dotychczasowe ustalenia się potwierdziły, to możemy oczekiwać potencjalnego źródła informacji o tym, jak powstają nietypowe stany nadprzewodzące i dlaczego w niektórych materiałach pojawiają się złożone fazy kwantowe.
Źródło: PNAS
