Нетрадиционный сверхпроводник обнаружен в редком минерале

Загадочный тип квантового явления, при котором материал теряет всякое электрическое сопротивление, ранее был известен только в отношении искусственных материалов. Теперь его обнаружили в чистом кристаллическом соединении, которое также встречается в природе.

В некоторых материалах механизмы квантовой физики обеспечивают протекание тока через них без сопротивления.

В феврале 2024 года исследовательская группа под руководством Руслана Прозорова из Национальной лаборатории Эймса в США впервые продемонстрировала нетрадиционную сверхпроводимость в природном минерале. Эффект представляет собой вариант явления, при котором материал теряет свое электрическое сопротивление, что не может быть объяснено традиционной теорией сверхпроводимости.

Начиная с ртути, в начале 20 века были найдены многочисленные материалы, которые без сопротивления передают электричество при чрезвычайно низких температурах. В 1950-х годах трое исследователей разработали так называемую теорию Бардина–Купера–Шриффера (БКШ), согласно которой электроны взаимодействуют с колебаниями кристаллической решетки, преодолевая таким образом взаимное отталкивание и текут без трения. Однако позже была открыта нетрадиционная форма сверхпроводимости, которую невозможно было описать таким образом. Точный механизм этого эффекта до сих пор неясен.

Сейчас известны тысячи сверхпроводящих материалов, в том числе многие из них, не подчиняющиеся классической теории сверхпроводимости. Химический состав и кристаллическая структура обычно сложны; На сегодняшний день ни один природный материал не продемонстрировал нетрадиционную сверхпроводимость. Каким бы трудным ни было объяснить это явление, оно также казалось искусственным.

Некоторые из встречающихся в природе минералов обладают классической сверхпроводимостью, особенно если они выращиваются в лабораторных условиях в виде кристаллов высокой чистоты. Искусственно полученный сульфид меди продемонстрировал сверхпроводимость еще в 1929 году. Измерить его в природных кристаллах, всегда содержащих атомарные примеси других элементов, удалось только в 2006 году.

Группа Прозорова теперь более внимательно изучила редкий минерал Миассит. Сверхпроводимость уже была продемонстрирована в сочетании родия и серы в 1950-х годах. Однако некоторые данные по Миасситу показались команде Прозорова подозрительными. Вещество химического состава Rh17S15 способно выдерживать неожиданно сильные магнитные поля до того, как нарушится сверхпроводимость. Другие свойства также не соответствовали теории БКШ.

Исследователи вырастили монокристаллы миассита с однородной структурой и измерили электронные свойства при различных температурах. И в самом деле: результаты можно объяснить только в том случае, если в соединении возникает нетрадиционная сверхпроводимость. Из-за многочисленных дефектов кристаллов миассита в дикой природе авторы не ожидают проявления явления там: "Природа умеет хранить свои тайны", - пишут они в своей публикации. Тем не менее, это открытие может помочь раскрыть квантовую физику, лежащую в основе нетрадиционной сверхпроводимости, добавив в каталог любопытную запись, которую никто не ожидал даже в богатой сюрпризами области сверхпроводимости.