В норме сверхпроводимость и магнитные поля — соперники. Сильное магнитное поле просто разрушает сверхпроводящее состояние. И тем страннее открытие, сделанное европейскими физиками, которые показали, что как минимум для одного материала мощное магнитное поле способно включить новое состояние сверхпроводимости.
Группа физиков во главе с Михелем Канцельманом (Michel Kenzelmann) из Института Поля Шерера (Швейцария) выяснила, что у CeCoIn5 есть два сверхпроводящих состояния. При приближении индукции магнитного поля к 12 Тл (что всего в 8 раз меньше рекордного показателя для земных установок и чуть меньше необходимого для начала левитации живого существа) в этом материале происходили важные структурные перестройки, когда к обычному сверхпроводящему состоянию добавлялось второе, ранее не изученное.
Михель Канцельман настраивает установку, использованную для управления сверхпроводимостью изменением ориентации магнитного поля. (Здесь и ниже фото Paul Scherrer Institute / Markus Fischer, Simon Gerber.)
В материале устанавливался антиферромагнитный порядок магнитных моментов атомов, который оказалось возможным зарегистрировать при помощи нейтронного обследования образца проводника. Если для CeCoIn5 вне магнитного поля сверхпроводимость существовала благодаря обычному свободному движению куперовских пар электронов, то в новом виде сверхпроводимости магнитные моменты атомов («элементарные магнитики») внезапно начинали приобретать противоположную ориентацию. Следовательно, помимо d-волновой сверхпроводимости, там возникает p-волновая, подобная той, что имеет место для оксидов стронция и рутения.
«Наблюдавшееся состояние материала явилось для нас неожиданностью. Несомненно, это вызвано не одним лишь магнитным эффектом, — поясняет г-н Канцельман. — Это чёткое указание: в данном материале новое сверхпроводящее состояние возникает одновременно со спиновой волной плотности». Особой чертой найденной экзотической разновидности сверхпроводимости стала её тесная связь с магнитным порядком: по мере усиления внешнего магнитного поля новое состояние тоже развивается. Таким образом, просто контролируя внешнее магнитное поле, вы можете управлять и квантовым состоянием, ведущим к вновь открытому типу сверхпроводимости.
Симон Гербер и установка, с помощью которой было проведено нейтронное обследование образца сверхпроводника в мощных магнитных полях.
А это значит, что перед нами не только новый вид сверхпроводимости, причём довольно перспективный для сильных магнитных полей, но и (что куда важнее) потенциально новый метод контроля квантовых состояний для будущих квантовых компьютеров, заметно отличающийся от используемых сегодняшними разработками компании D-Wave. Причём управление здесь возможно не только самим включением магнитного поля, но и сменой его ориентации.
«Даже если этот материал и не пригодится из-за того, что работает лишь при низких температурах и сильных магнитных полях, наш эксперимент продемонстрировал собственно новый тип контроля [над квантовыми процессами]», — объясняет значимость открытия Симон Гербер (Simon Gerber), ведущий автор работы, посвящённой эксперименту.
