Сверхпроводимость — это свойство, наблюдаемое в некоторых материалах, которое заключается в способности проводить электричество без сопротивления ниже определённых критических температур. В некоторых нетрадиционных сверхпроводниках наблюдается так называемое спиновое спаривание триплетного типа.
В обычных сверхпроводниках электроны образуют так называемые куперовские пары — пары электронов с противоположным импульсом и спином. Это явление называется спин-синглетным спариванием. В некоторых нетрадиционных сверхпроводниках исследователи наблюдали другое состояние, известное как спиновое спаривание триплетного типа, которое влечёт за собой образование пар электронов с параллельными спинами.
Исследователи из Университета Фудань, Центра изучения возникающих веществ RIKEN (CEMS) и других институтов недавно наблюдали значительно усиленный невзаимный транспорт в классе сверхпроводников, известных как интерфейсные сверхпроводники на основе KTaO₃. Они предположили, что это можно объяснить сосуществованием спин-синглетных и спин-триплетных состояний.
Их статья, опубликованная в Physical Review Letters, предлагает новое понимание нетрадиционной сверхпроводимости этих материалов и может потенциально повлиять на будущее использование этих материалов для развития спинтроники и квантовых технологий.
KTaO₃-based interface superconductors были впервые обнаружены в 2021 году и быстро привлекли внимание, поскольку они демонстрируют гораздо более высокую температуру перехода в сверхпроводящее состояние, чем ранее известные интерфейсные сверхпроводники на основе SrTiO₃.
Невзаимный транспорт в материаловедении означает электрическое сопротивление, которое различается в зависимости от направления протекания электрического тока. Это явление ранее считалось мощным инструментом для исследования смешивания чётности (то есть сосуществования спин-синглетных и спин-триплетных состояний).
Присутствие определённого невзаимного транспорта в материале может указывать на то, что как спин-синглетные, так и спин-триплетные пары способствуют его сверхпроводимости. Основываясь на этой идее, Хэй и его коллеги попытались пролить больше света на лежащую в основе физику интерфейсных сверхпроводников на основе KTaO₃, в которых сверхпроводимость возникает на границе раздела между слоем танталата калия (KTaO₃) и другими соединениями.
Экспериментально исследователи исследовали невзаимный транспорт, измеряя генерацию второй гармоники при низкочастотном переменном токе. Этот метод, часто называемый измерением электрических гармоник, позволяет обнаруживать тонкие нелинейности в электрическом отклике материала, которые указывают на невзаимный транспорт.
Измерения, проведённые исследователями, действительно выявили невзаимный транспорт в интерфейсных сверхпроводниках на основе KTaO₃, что позволяет предположить, что их сверхпроводимость обусловлена смешиванием чётности. В рамках своего исследования Хэй, Чжай и их коллеги также разработали теоретическую модель, объясняющую их наблюдения.
Теоретическая модель, разработанная исследователями, оказалась тесно связанной с их экспериментальными наблюдениями. Это говорит о том, что сверхпроводимость, о которой сообщалось в интерфейсных сверхпроводниках на основе KTaO₃, действительно может возникать из-за сосуществования спин-синглетных и спин-триплетных пар.
«Мы считаем, что наиболее значительным достижением нашего исследования является предоставление убедительных доказательств наличия привлекательной спин-триплетной парной связи в интерфейсных сверхпроводниках на основе KTaO₃, которую мы выявили с помощью наших измерений невзаимного транспорта и теоретических подходов», — сказал Наото Нагаоса, соавтор исследования.