Спираль из магнита и сверхпроводника экспресс
Внутри кристалла EuRbFe4As4 слои железа и мышьяка чередуются с прослойками европия и рубидия. При охлаждении ниже 15 Кельвинов (–258°C) атомы европия выстраивают свои магнитные моменты в спираль — каждый следующий слой повёрнут на 90 градусов, как ступеньки винтовой лестницы. Именно в этом состоянии и рождается странная сверхпроводящая рябь: электронные пары, которые обычно разносят ток без сопротивления во все стороны одинаково, здесь сбиваются в полосы вдоль одного направления.
Ключ к разгадке — в слоях железа. Они устроены несимметрично: у атома железа нет центра инверсии, и на электроны действует спин-орбитальное взаимодействие Рашбы. Это похоже на бегуна, который чувствует боковой ветер — его траектория слегка закручивается в зависимости от направления спина. Магнитная спираль европия работает как вращающееся поле, и вместе с эффектом Рашбы она создаёт для куперовских пар (связанных электронов) эффективное калибровочное поле. Оно действует избирательно: влияет только на электроны с определённой орбитальной симметрией — те, что напоминают гантели, ориентированные вдоль осей x и y.
Этот сдвиг импульса и даёт пространственную модуляцию — сверхпроводящий параметр порядка осциллирует в пространстве с периодом около 8 нанометров, что совпадает с экспериментом. Более того, теория предсказывает, что между слоями должны течь спонтанные петлевые токи — крошечные вихри, которые можно засечь мюонной релаксацией или сканирующей СКВИД-микроскопией. Если их найдут, это станет прямым подтверждением механизма.
Температура магнитного упорядочения европия в этом соединении — всего 15 Кельвинов. Это холоднее, чем средняя температура на Плутоне, которая около 44 К.