Учёные обнаружили усиленный невзаимный транспорт в сверхпроводниках на основе KTaO₃

Сопротивления в интерфейсном сверхпроводнике LaAlO₃/KTaO₃ различаются при протекании тока в противоположных направлениях. Этот невзаимный транспорт свидетельствует о смешении чётности синглетных и триплетных состояний куперовских пар в данной системе. Автор: Цзиньфэн Чжай, Университет Фудань

Сверхпроводимость — уникальное свойство некоторых материалов, позволяющее им проводить электричество без сопротивления ниже определённых критических температур. Особый интерес представляет явление триплетного спаривания, наблюдаемое в некоторых нетрадиционных сверхпроводниках.

В обычных сверхпроводниках электроны образуют так называемые «куперовские пары» — пары электронов с противоположными импульсами и спинами (синглетное спаривание). В отличие от них, в некоторых нетрадиционных сверхпроводниках наблюдается триплетное спаривание, при котором электроны образуют пары с параллельными спинами.

Исследователи из Университета Фудань, Центра перспективных исследований RIKEN (CEMS) и других институтов обнаружили значительно усиленный невзаимный транспорт в сверхпроводниках на основе KTaO₃. Они предположили, что это может объясняться сосуществованием синглетных и триплетных состояний.

Их статья, опубликованная в Physical Review Letters, проливает новый свет на нетрадиционную сверхпроводимость этих материалов и может помочь в будущем использовании их для разработки спинтроники и квантовых технологий.

«Сверхпроводники на основе KTaO₃ были впервые обнаружены в 2021 году и сразу привлекли внимание, поскольку демонстрируют гораздо более высокую температуру перехода в сверхпроводящее состояние, чем известные ранее сверхпроводники на основе SrTiO₃», — объяснил Пань Хэ, соавтор исследования.

Невзаимный транспорт в материаловедении означает различие электрического сопротивления в зависимости от направления тока. Это явление ранее использовалось для изучения смешения чётности (сосуществования синглетных и триплетных состояний).

Эксперименты команды выявили невзаимный транспорт в сверхпроводниках KTaO₃, что указывает на вклад смешения чётности в их сверхпроводимость. Исследователи также разработали теоретическую модель, объясняющую их наблюдения.

«Мы считаем, что главное достижение нашего исследования — это доказательство привлекательного триплетного спаривания в сверхпроводниках на основе KTaO₃, которое мы выявили с помощью измерений невзаимного транспорта и теоретических подходов», — отметил Наото Нагаоса, соавтор работы.

Это исследование открывает новые перспективы для изучения интерфейсных сверхпроводников и их применения в будущих технологиях. Команда Университета Фудань планирует продолжить исследования других интерфейсных сверхпроводников, демонстрирующих сверхпроводимость при ещё более высоких температурах.

Дополнительная информация: Jinfeng Zhai et al, Nonreciprocal Transport in KTaO₃-Based Interface Superconductors with Parity Mixing, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/nshl-7b3z