Сверхпроводники – это материалы с чрезвычайно низким электрическим сопротивлением. Они уже видели многочисленные применения мощных электромагнитов, особенно в устройствах медицинской магнитно-резонансной томографии (МРТ), где они используются для создания сильных магнитных полей, необходимых для неинвазивной визуализации с высоким разрешением. Однако существуют серьезные препятствия, препятствующие более широкому использованию.грамм. для передачи электроэнергии на большие расстояния.
Наиболее примечательно то, что обычная сверхпроводимость возникает только при чрезвычайно низких температурах. Первые «высокотемпературные» сверхпроводники были обнаружены только во второй половине 1980-х годов, и механизмы их работы до сих пор горячо обсуждаются.
В 2012 году профессору Йошиказу Мидзугути из Токийского столичного университета впервые удалось создать слоистый халькогенид висмута с чередующимися изолирующими и сверхпроводящими слоями. (Халькогениды – это материалы, содержащие элементы из 16 группы периодической таблицы Менделеева.) Теперь та же команда провела измерения на монокристаллах материала и обнаружила, что характеристики вращательной симметрии кристаллической структуры не повторяются в том, как сверхпроводимость изменяется с ориентацией.
Материал, изучаемый группой, состоял из сверхпроводящих слоев из висмута, серы и селена и изолирующих слоев из лантана, фтора и кислорода.
Важно отметить, что слои халькогенидов имели четырехкратную вращательную (или тетрагональную) симметрию i.е. то же при повороте на 90 градусов. Однако, когда команда измерила магнитосопротивление материала при разных ориентациях, они обнаружили только двойную симметрию i.е. то же при повороте на 180 градусов. Дальнейшие анализы при разных температурах не показали изменений в структуре; они пришли к выводу, что это нарушение симметрии должно происходить из-за расположения электронов в слое.
Концепция нематических фаз исходит из жидких кристаллов, где неупорядоченные аморфные массивы стержневидных частиц могут указывать в одном направлении, нарушая вращательную симметрию, оставаясь при этом беспорядочно распределенными в пространстве. Совсем недавно была высказана гипотеза, что нечто подобное в электронной структуре материалов, электронная нематичность, может быть причиной возникновения сверхпроводимости в высокотемпературных сверхпроводниках. Это открытие явно связывает эту настраиваемую систему с высокотемпературными сверхпроводниками, такими как медь и материалы на основе железа.
Команда надеется, что дальнейшие исследования позволят получить критическое представление о том, как сильно разные материалы вызывают подобное поведение и как они работают.