Мультиполярные моменты открывают новые горизонты в решении сложных проблем сверхпроводимости. Ключевым прорывом стало открытие соединения PrTr2Al20 (Tr = Ti, V), обладающего квадруполярными и октуполярными моментами, но лишенного магнитных дипольных. Кондовская запутанность этих моментов с электронами проводимости приводит к экзотической сверхпроводимости в мультиполярной фазе, хотя точный механизм остается неясным. Эксперименты с PrTi2Al20 и его легированными аналогами Pr1−xLaxTi2Al20 (x ≤ 1) выявили отклонения от стандартной s-волновой структуры, указывая на возможную d-волновую или многощелевую природу сверхпроводимости. При этом сверхпроводимость устойчива к легированию La, но структура щели изменяется уже при минимальных концентрациях, что коррелирует с резким изменением ферроквадрупольного (FQ) порядка. Это свидетельствует о тесной связи между квадрупольным порядком и механизмом спаривания, проливая свет на сосуществование сверхпроводимости с мультиполярными состояниями.
Нетрадиционная сверхпроводимость остается одной из самых интригующих загадок квантовых материалов, объединяя фундаментальные исследования и технологические инновации. Фазовые диаграммы различных сверхпроводников демонстрируют удивительное сходство: купол сверхпроводимости возникает на границе упорядоченных состояний, связанных со спиновыми, орбитальными и зарядовыми степенями свободы. Ранние работы связывали нетрадиционную сверхпроводимость с флуктуациями спина, но последующие открытия орбитальной нематики в соединениях железа, оксидах меди и редкоземельных фермионах выдвинули орбитальную нестабильность на первый план. Понимание роли орбитальных флуктуаций в сверхпроводимости может раскрыть новые механизмы спаривания и расширить горизонты исследований.
PrTr2Al20 (Tr = Ti, V) представляет собой уникальную модельную систему, где электронные явления управляются исключительно орбитальными степенями свободы. Немагнитное основное состояние с квадруполярными и октуполярными моментами доминирует в низкотемпературном состоянии, а сильная гибридизация с электронами проводимости усиливает эффект Кондо и многополярную связь. PrTi2Al20 демонстрирует наивысшую температуру квадрупольного упорядочения (TQ ~ 2,0 К) и сверхпроводящий переход (Tc ~ 0,2 К), что связано с интенсивной c-f гибридизацией. При увеличении давления Tc возрастает в пять раз, достигая максимума вблизи границы FQ-порядка, что указывает на квантово-критические квадруполярные флуктуации как ключевой фактор усиления сверхпроводимости.
Теоретические исследования подчеркивают роль многополярной связи Кондо в формировании состояний сверхпроводимости с высоким угловым моментом, что открывает путь к топологическим сверхпроводникам. Экспериментальные данные по PrTi2Al20 подтверждают отклонения от s-волновой симметрии, предполагая d-волновую или многощелевую структуру. Эволюция сверхпроводимости и FQ-порядка при легировании La указывает на критическую роль дальнего FQ-порядка в формировании сверхпроводящей щели, что углубляет понимание взаимодействия многополярных состояний и сверхпроводимости.
Сверхпроводящие свойства Pr1−xLaxTi2Al20.