Металлическая игла опускается на кусочек сверхпроводника. Всё это происходит внутри холодильника, который остужает образец до 30 тысячных градуса выше абсолютного нуля — в сто раз холоднее, чем открытый космос. Через иглу пропускают слабый ток, и по тому, как электроны проходят сквозь крошечное пятнышко контакта, физики читают, что творится внутри материала.
Раньше такие измерения при столь низких температурах были почти невозможны: игла дрожала от малейшего тепла, а подвести к ней провода, не нагрев образец, — отдельная головная боль. Авторы новой установки решили обе проблемы. Иглу двигает пьезопривод — кристалл, который меняет форму от электрического напряжения, сдвигая иглу на доли нанометра, как будто поворачивая ручку микроскопа с шагом в один атом. А все провода от иглы к измерителю прижаты к холодным пластинам, чтобы уносить лишнее тепло, как водопровод уносит горячую воду из крана.
Прибор испытали на сверхпроводнике из титана, тантала и селена — соединении, которое теряет сопротивление при 2,3 кельвина. Спектры показали чёткие провалы и пики — следы того, как электроны объединяются в пары и текут без потерь. При нагреве или включении магнитного поля эти особенности слабели и исчезали — ровно как предсказывает теория сверхпроводимости.
Теперь у физиков есть инструмент, чтобы заглядывать в мир квантовых материалов при температурах, где почти не остаётся теплового шума. Игла, которая слушает тишину, — и слышит, как поют электроны.
30 милликельвинов — это температура, при которой даже гелий, если бы он был не в вакууме, а в контакте с образцом, превратился бы в твёрдое тело. Тепловое движение атомов настолько слабое, что игла может касаться образца, не сдвигая ни одного атома с места.