Скрытые состояния на поверхности уранового сверхпроводника экспресс
Сверхпроводник похож на город, где электрический ток течёт без светофоров и пробок. Но у кристалла UTe2 есть особенность: его поверхность живёт по другим правилам, чем внутренность. На атомах теллура, которые сидят на поверхности, электроны нашли себе «лазейку» — состояния с такими энергиями, которые внутри кристалла запрещены. Эти состояния почти полностью заполняют энергетическую щель — зазор, который в обычном сверхпроводнике остаётся пустым.
Физики использовали сканирующий туннельный микроскоп — прибор, который ощупывает поверхность иглой, снимая карту электронных состояний с атомным разрешением. Оказалось, что на атомах теллура плотность состояний внутри щели велика, а на соседних атомах урана щель остаётся нетронутой.
Когда включили магнитное поле, лазейка на теллуре закрылась: состояния внутри щели исчезли, и сверхпроводимость стала одинаковой по всей поверхности. Теоретические расчёты с учётом взаимодействия спина электрона с магнитным полем точно воспроизвели эту картину. Это значит, что найденные состояния — не случайная примесь, а предсказанный топологический признак.
Теперь UTe2 становится полигоном для изучения топологической сверхпроводимости. Такие материалы могут пригодиться для квантовых вычислений: их поверхностные состояния ведут себя как частицы, которые помнят свою историю обменов местами.
Сканирующий туннельный микроскоп «видит» отдельные атомы, измеряя ток, который протекает между острой иглой и поверхностью на расстоянии меньше нанометра.
Топологические сверхпроводники с их защищёнными поверхностными состояниями напоминают «адамантий» из вселенной Marvel — материал, свойства которого определяются самой структурой, а не составом.