Bevis for brudt tidsomvendt symmetri i en topologisk superleder

Chirale superledere er ukonventionelle superledende materialer med karakteristiske topologiske egenskaber, hvor tidsomvendt symmetri brydes. To af de første materialer, der skal identificeres som chirale superledere, er UPt ₃ og Sr ₂ RuO ₄ . Indtil nu, eksperimentelt bevis for brudt tidsomvendt symmetri i begge disse materialer var primært baseret på overflademålinger opsamlet ved et magnetfelt lig med nul.

Forskere ved University of Notre Dame og Northwestern University, imidlertid, for nylig sat sig for at indsamle nye beviser for materialets chirale supraledelse UPt ₃ , bevæger sig ud over overflademålinger under forhold med et magnetisk nulfelt. Deres papir, udgivet i Naturfysik , indeholder resultaterne af virkelig bulkmålinger af UPt ₃ med et påført magnetfelt, som giver direkte bevis på brudt tidsomvendt symmetri i materialet.

"De målinger, vi har indsamlet, er konklusionen på et tiårigt langsigtet samarbejde mellem William Halperin ved Northwestern University og mig selv, drevet af tidligere (William Gannon) og nuværende (Keenan Avers) kandidatstuderende, "Morten Eskildsen, en af ​​forskerne, der gennemførte undersøgelsen, fortalt Naturfysik . "De er især rettidige, da nyere termisk ledningsevne og 17O ridderforskydningsmålinger sætter spørgsmålstegn ved den tidligere bestemmelse af ulige paritetsparring i Sr ₂ RuO ₄ . "

Sammenlignet med Sr ₂ RuO ₄ , ulige paritet f -bølge -parring er veletableret i UPt ₃ . I UPt ₃ B -fasen forudsiges at være en kiral grundtilstand, beviser for BTRS er kommet, som nævnt ovenfor, fra overfladesondemålinger med nul påført magnetfelt.

I deres eksperimenter, Eskildsen og hans kolleger indsamlede bulkmålinger af UPt ₃ ved hjælp af lillevinklet neutronspredning (SANS), en teknik, der muliggør karakterisering af materialestrukturer i en mesoskopisk skala. Den specifikke måleprotokol, de brugte, hvilket indebærer en sammenligning mellem feltreduktion og feltomvendelsesmålinger, blev udtænkt af James Sauls ved Northwestern University, der var medforfatter til avisen.

Hvirvler indført i superledende materialer ved anvendelse af et magnetfelt kan tjene som følsomme sonder for den superledende tilstand i værtsmaterialet. I deres undersøgelse, Eskildsen og hans kolleger brugte hvirvler til at undersøge den superledende tilstand i ultraclean UPt ₃ krystaller, specifikt ved at anvende SANS -undersøgelser af materialets hvirvelgitter.

"Vortices tillader målinger som en funktion af magnetfeltstyrke og sonde bulk superledende egenskaber, i modsætning til overfladeegenskaber, "Eskildsen sagde." Vores målinger blev indsamlet på to af de førende neutronspredningsanlæg:Oak Ridge National Laboratory i Tennessee (USA) og Institut Laue Langevin i Grenoble (Frankrig). "Målingerne blev muliggjort ved en langsigtet indsats ved Northwestern University for at producere enkelte krystaller af UPt ₃ med en hidtil uset høj kvalitet. "

Den nylige undersøgelse af Eskildsen og hans kolleger tilbyder det første direkte bevis på BTRS i materialet UPt ₃ baseret på bulkmålinger, i sidste ende demonstrerer en intern grad af frihed i sin superledning (dvs. evnen til at opnå forskellige hvirvelgitteropdelinger afhængigt af felthistorien). Ud over at bekræfte BTRS for UPt ₃ , disse fund kunne tilskynde andre forskerhold til at bruge lignende måleteknikker til at studere andre ukonventionelle superledere.

"Vi har i øjeblikket ikke yderligere planer for dette materiale, men den slags måleprotokoller kunne bruges i småvinklede neutronspredningsundersøgelser af andre superledere, der kan bryde tidsomvendt symmetri, ”Sagde Eskildsen.

© 2020 Science X Network