Время теряет симметрию: физики нашли нарушение времени при -98°C

Ученые из Швейцарского института Пауля Шеррера (PSI), используя метод спинового вращения мюонов, обнаружили, что квантовый эффект, известный как нарушение симметрии обращения времени, проявляется на поверхности кагоме-сверхпроводника RbV₃Sb₅ при температуре до 175 К (или -98 °C). Этот показатель стал рекордом для Кагоме материалов, так как ранее подобные эффекты наблюдались лишь при значительно более низких температурах. В основном объеме материала RbV3Sb5 нарушение симметрии обращения времени наступает лишь при 60 К (-213 °C).

Нарушение симметрии обращения времени (TRS) указывает на необычное электронное и магнитное поведение, которое может вызывать экзотические квантовые состояния, представляющие особый интерес для разработки квантовых технологий. Обнаружение такого эффекта при более «доступной» температуре значительно расширяет перспективы его применения.

Симметрия обращения времени означает, что физические законы должны оставаться неизменными, если обратить течение времени вспять. В некоторых материалах, таких как кагоме-сверхпроводники, эта симметрия нарушается, что приводит к особым эффектам, когда система начинает вести себя иначе при «обратном времени». В кагоме-сверхпроводнике, исследованном учеными, электронный порядок формирует магнитные поля, которые нарушают симметрию. Этот эффект связан с уникальными магнитными и транспортными свойствами, что делает материал особенно интересным для изучения.

Кагоме — это традиционный японский узор плетения корзин, представляющий собой сеть из соединенных между собой треугольников. Физики в области конденсированных сред обнаружили, что атомы, расположенные по кагоме-структуре, образуют уникальные коллективные состояния электронов, приводя к редким квантовым явлениям. В случае RbV₃Sb₅ одним из таких явлений является сверхпроводимость, которая проявляется при температуре ниже 2 К. Тем не менее, другие квантовые эффекты, включая нарушение симметрии обращения времени, наблюдаются при более высоких температурах и открывают возможности для их практического использования.

Особенность открытия в PSI заключается не только в температуре, при которой наблюдается нарушение симметрии, но и в зависимости этого явления от глубины материала. Исследования показали, что эффект варьируется в зависимости от расстояния от поверхности к центру сверхпроводника, что открывает возможность для «настройки» этого квантового состояния.

Такая «настраиваемость» указывает на потенциальные пути для управления электронными и магнитными свойствами кагоме-сверхпроводника при более доступных температурах, что важно для практического использования этих квантовых эффектов. Возможность контролировать подобные явления может привести к созданию новых технологий, основанных на экзотических квантовых фазах.

Данное открытие дополняет серию исследований в области неконвенциональной сверхпроводимости, направленных на изучение подобных материалов при более «удобных» условиях. Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, также подтверждает гипотезу, что сверхпроводимость в этом материале можно настраивать, изменяя глубину изучаемой области. Ранее та же команда исследователей, возглавляемая Зурабом Гугучией, установила связь между нарушением симметрии обращения времени и сверхпроводимостью в аналогичных кагоме-материалах.