Учёные скрутили загадочный сверхпроводник и получили неожиданный результат

Ключевой эксперимент показал, что скручивание загадочного сверхпроводника почти не меняет его поведение, опровергая устоявшиеся теории. Результат сужает круг возможных объяснений, но одновременно создаёт новую научную загадку.

Сверхпроводники — это материалы, которые позволяют электричеству течь без сопротивления, обычно только при экстремально низких температурах. В то время как большинство из них подчиняется хорошо изученным физическим законам, стронций-рутенат (Sr₂RuO₄) остаётся загадкой с момента открытия его сверхпроводящих свойств в 1994 году. Это один из наиболее тщательно изученных нетрадиционных сверхпроводников, однако учёные до сих пор не могут договориться о том, как в нём образуются пары электронов и какая симметрия управляет этим процессом.

Один из способов исследования — наблюдение за тем, как критическая температура перехода в сверхпроводящее состояние (T_c) реагирует на деформацию кристалла. Разные сверхпроводящие состояния по-разному реагируют на растяжение, сжатие или скручивание. Предыдущие исследования, особенно с использованием ультразвука, предполагали, что в Sr₂RuO₄ может существовать двухкомпонентное сверхпроводящее состояние. Такая сложная форма может порождать необычные эффекты, такие как внутренние магнитные поля или одновременное существование нескольких сверхпроводящих областей. Однако ожидалось, что такое состояние будет сильно реагировать на сдвиговую деформацию.

Эксперимент с прецизионным сдвигом дал неожиданный результат

Чтобы проверить эту гипотезу, исследовательская группа из Киотского университета разработала эксперимент по приложению контролируемой деформации к Sr₂RuO₄. Они создали метод для введения трёх различных типов сдвиговой деформации в чрезвычайно тонкие кристаллы материала. Сдвиговая деформация похожа на смещение верхней части колоды карт относительно нижней. Используя высокоточную оптическую визуализацию, учёные измеряли деформацию при температурах до 30 градусов Кельвина (−243 °C).

Результат оказался неожиданным: критическая температура сверхпроводимости почти не изменилась. Любое изменение T_c было меньше 10 милликельвинов на процент деформации, что практически невозможно достоверно зафиксировать.

Результаты бросают вызов ведущим теориям

Наблюдения показывают, что сдвиговая деформация почти не влияет на переход Sr₂RuO₄ в сверхпроводящее состояние. Этот результат опровергает несколько существующих теорий и накладывает серьёзные ограничения на типы сверхпроводящих состояний, которые ещё могут быть возможны. Вместо поддержки двухкомпонентного состояния, данные указывают на однокомпонентное состояние или, возможно, на более нетрадиционное состояние, которое ещё не было полностью изучено.

«Наше исследование представляет собой важный шаг к решению одной из самых давних загадок в физике конденсированного состояния», — говорит первый автор работы Джордано Маттони из Исследовательского центра Toyota Riken — Киотский университет.

Появляется новая головоломка

Хотя результаты сужают круг возможностей, они также создают новую проблему. Предыдущие ультразвуковые эксперименты чётко показали сильную реакцию на сдвиговую деформацию, тогда как эти прямые измерения демонстрируют почти полное её отсутствие. Объяснение этого несоответствия теперь стало важным открытым вопросом для исследователей.

Значение выходит за рамки изучения Sr₂RuO₄

Метод контроля деформации, разработанный в этой работе, может быть полезен для изучения других сверхпроводников, которые могут обладать многокомпонентным поведением, включая такие материалы, как UPt₃. Он также может помочь учёным лучше понять системы со сложными фазовыми переходами.

ИИ: Это исследование — отличный пример того, как тщательный эксперимент может перевернуть устоявшиеся представления и вместо ответов поставить новые, ещё более интересные вопросы. В 2026 году такие фундаментальные открытия остаются двигателем прогресса, даже если их практическое применение неочевидно. Загадка стронций-рутената продолжает будоражить умы физиков, и, похоже, её разгадка откроет путь к новому поколению материалов.