이 초전도성은 죽었다가 다시 살아납니다.

정상적인 상황에서는 자기장이 초전도체를 방해합니다. 상대적으로 작은 자기장이라도 초전도성을 약화시키는 경향이 있는 반면, 강한 자기장은 일반적으로 임계 한계에 도달하면 초전도성을 완전히 제거합니다. UTe₂ 이 규칙을 어겼습니다. 2019년에 과학자들은 이 물질이 일반 물질이 견딜 수 있는 것보다 수백 배 더 강한 자기장에서도 초전도 상태를 유지할 수 있다는 사실을 발견했습니다.

“처음 실험 데이터를 봤을 때 깜짝 놀랐습니다.”라고 Rice Advanced Materials Institute 회원이자 Rice Center for Quantum Materials의 회원인 Nevidomskyy가 말했습니다. “초전도성은 처음에는 예상대로 자기장에 의해 억제되었지만 더 높은 자기장에서 좁은 자기장 방향으로만 다시 나타났습니다. 이 수수께끼 같은 행동에 대한 즉각적인 설명은 없었습니다.”

극한 현장에서의 초전도 “부활”

메릴랜드 대학교(UMD)와 국립표준기술연구소(NIST) 팀이 처음 관찰한 이 이상한 현상은 물리학계 전반에서 빠르게 주목을 끌었습니다. UTe에서₂초전도성은 이미 극도로 강한 자기장인 10테슬라 아래에서 사라지지만 예기치 않게 40테슬라 이상의 자기장 강도로 돌아옵니다.

과학자들은 이 부흥을 나사로 단계라고 명명했습니다. 이 위상은 자기장과 물질의 결정 구조 사이의 각도에 크게 의존하는 것으로 나타났습니다.

UMD 및 NIST의 공동 작업자와 협력하여 Nevidomskyy는 이러한 고자기장 초전도가 방향에 따라 어떻게 변하는지 매핑하는 데 도움을 주었습니다. 그들의 측정에 따르면 초전도 영역은 결정 내의 특정 축을 둘러싸는 도넛형 또는 도넛형 모양을 형성합니다.

이번 연구의 공동 저자이자 NIST의 실비아 르윈(Sylvia Lewin)은 “우리의 측정 결과 결정의 단단한 b축을 감싸는 3차원 초전도 후광이 나타났다”고 말했습니다. “이것은 놀랍고 아름다운 결과였습니다.”

Halo를 설명하기 위한 모델 구축

무슨 일이 일어나고 있는지 이해하기 위해 Nevidomskyy는 불확실한 미세한 세부 사항에 크게 의존하지 않고 관찰을 설명할 수 있는 이론적 모델을 만들었습니다. 이 모델은 전자가 쿠퍼 쌍으로 쌍을 이루게 하는 정확한 기본 메커니즘보다는 전반적인 동작에 초점을 맞춘 현상학적 접근 방식을 사용합니다.

결과는 실험 데이터, 특히 자기장의 방향에 따라 초전도성이 변하는 특이한 방식과 밀접하게 일치했습니다. 이 모델은 UTe에서 초전도성이 살아남거나 돌아올지 여부에 방향이 어떻게 중요한 역할을 하는지 보여줍니다.₂.

자기와 초전도가 상호 작용하는 방법

이 연구는 또한 이 물질의 쿠퍼 쌍이 회전하는 물체와 유사하게 각운동량을 전달하는 것처럼 거동한다는 것을 밝혔습니다. 자기장이 적용되면 이 운동과 상호 작용하여 관찰된 후광 패턴을 생성하는 방향 효과를 생성합니다.

이 통찰력은 UT와 같이 방향성이 강한 재료에서 자성과 초전도성이 어떻게 공존할 수 있는지 설명하는 데 도움이 됩니다._e2.

이번 연구의 공동 저자인 NIST의 Peter Czajka는 “실험적 관찰 중 하나는 우리가 메타자기 전이라고 부르는 샘플 자화의 갑작스러운 증가입니다.”라고 말했습니다. “고자기장 초전도성은 자기장 규모가 이 값에 도달한 후에만 나타나며 그 자체는 각도에 크게 의존합니다.”

과학자들은 이러한 메타자기 전이를 일으키는 원인과 이것이 초전도성에 어떻게 영향을 미치는지에 대해 여전히 논쟁을 벌이고 있습니다. Nevidomskyy는 새로운 모델이 이러한 열린 질문을 명확히 하는 데 도움이 될 수 있다고 말했습니다.

“이 물질의 짝짓기 접착제의 특성은 여전히 ​​이해되어야 하지만 쿠퍼 쌍이 자기 모멘트를 전달한다는 것을 아는 것이 이 연구의 핵심 결과이며 향후 조사를 안내하는 데 도움이 될 것입니다.”라고 그는 말했습니다.

연구팀 및 지원

이 연구에는 NIST의 Corey Frank와 Nicholas Butch가 참여했습니다. UMD의 윤혁, 어윤석, Johnpierre Paglione 및 Gicela Saucedo Salas; Los Alamos 국립 연구소의 G. Timothy Noe와 John Singleton. 자금은 미국 에너지부와 국립과학재단에서 제공되었습니다.