Nadprzewodnictwo pojawia się, gdy materiał w odpowiednio niskiej temperaturze traci opór elektryczny. Prąd może wówczas płynąć bez strat energii wynikających z oporu. W klasycznym obrazie tego zjawiska elektrony łączą się w pary Coopera, tworząc wspólny stan kwantowy. Nadprzewodniki można jednak podzielić na różne klasy, zależnie chociażby od sposobu reagowania na pole magnetyczne czy mechanizmu odpowiedzialnego za ich właściwości.
Czytaj też: Alternatywny diament wprost z laboratorium. Nigdy przedtem nie udało się uzyskać takiego materiału
Właśnie na tym tle YbSb₂ okazuje się wyjątkowy. Międzynarodowy zespół naukowców kierowany przez przedstawicieli Indian Institute of Science Education and Research w Bhopalu otrzymał pojedyncze kryształy tego materiału i dokładnie zbadał ich strukturę oraz właściwości elektryczne. Promieniowanie rentgenowskie pozwoliło potwierdzić skład chemiczny i strukturę kryształów, natomiast kolejne eksperymenty wykazały, że materiał staje się nadprzewodnikiem w temperaturze około -272 stopni Celsjusza.
Najważniejszy wynik eksperymentów dotyczył jednak czegoś innego. Naukowcy zaobserwowali, że po przejściu do stanu nadprzewodzącego wewnątrz materiału pojawiają się niewielkie pola magnetyczne, mimo że wcześniej nie przyłożyli zewnętrznego pola magnetycznego. Do ich wykrycia wykorzystali spektroskopię spinów mionów, czyli technikę pozwalającą badać niezwykle słabe pola magnetyczne wewnątrz materiałów.
To właśnie spontaniczne pojawienie się magnetyzmu dostarczyło kluczowego dowodu na łamanie symetrii odwrócenia czasu. W fizyce symetria ta oznacza, w uproszczeniu, że równania opisujące dane zjawisko powinny zachowywać swoją postać, gdy matematycznie odwrócimy kierunek upływu czasu. Pole magnetyczne zmienia jednak kierunek przy takim odwróceniu. Jeżeli w materiale pojawia się ono spontanicznie, stan kwantowy może stracić zgodność z tą symetrią.
YbSb₂ ma przy tym jeszcze jedną nietypową cechę. Elektrony tworzą w nim pary Coopera w sposób określany jako triplet spinowy, a dokładniej jako wewnętrznie antysymetryczny, nieunitarny stan tripletowy. Taki sposób parowania sprawia, iż momenty magnetyczne nie znoszą się całkowicie. W rezultacie materiał może sam z siebie wytwarzać wewnętrzne pola magnetyczne, bez konieczności stosowania zewnętrznego magnesu.
Czytaj też: Splątali lewitujące szkło ze światłem. Fizycy przeprowadzili sensacyjny eksperyment
Naukowcy wskazują również na potencjalne konsekwencje odkrycia dla fizyki topologicznej. Modele teoretyczne sugerują, że powierzchnia YbSb₂ może umożliwiać powstawanie bezprzerwowych modów Majorany. Są to szczególne wzbudzenia kwantowe, które mogą zachowywać się jak własne antycząstki. Ich właściwości są od lat przedmiotem zainteresowania w kontekście budowy bardziej odpornych systemów informacji kwantowej. Jako że YbSb₂ staje się nadprzewodnikiem dopiero w temperaturach ekstremalnie bliskich zeru absolutnemu, to potencjalne wykorzystanie jego właściwości wymaga dalszych badań.
Źródło: Physical Review Letters
