Сверхпроводники делятся на обычные и нетрадиционные. В обычных сверхпроводниках электронные пары (куперовские пары) образуются благодаря фонон-опосредованным взаимодействиям, создавая изотропную S-волновую сверхпроводящую щель. В нетрадиционных сверхпроводниках щель может иметь узлы, формируя d-волну или многощелевую симметрию. Исследователи из Токийского университета изучили редкоземельный интерметаллид PrTi2Al20, где сверхпроводимость возникает из многополярного упорядоченного состояния. Их работа, опубликованная в Nature Communications, показала связь между квадрупольными взаимодействиями и сверхпроводимостью.
Электроны в материалах обладают спином, зарядом и орбитальными степенями свободы, которые взаимодействуют сложным образом, создавая разнообразные квантовые свойства. Нетрадиционная сверхпроводимость, в отличие от обычной, может быть вызвана не только спиновыми, но и орбитальными или зарядовыми эффектами. Исследователи сосредоточились на PrTi2Al20, где сверхпроводимость возникает из ферроквадрупольного порядка без участия спинов.
Используя методы теплоемкости, намагниченности и удельного сопротивления при сверхнизких температурах, команда обнаружила, что сверхпроводимость в PrTi2Al20 отличается от традиционной модели Бардина-Купера-Шриффера (БКШ). Эволюция сверхпроводимости при химическом легировании также отличалась от спиновых флуктуаций.
Это исследование открывает новые возможности для изучения мультипольных квантовых состояний и разработки теоретических моделей, которые могут привести к высокотемпературной сверхпроводимости. Мультиполи, такие как квадруполи, становятся ключевым объектом исследований, расширяя понимание квантовых материалов и их приложений.
Новый сверхпроводник, возникающий исключительно из-за квадруполярных моментов высокого порядка. Фото: Минсюань Фу.
Дополнительная информация: Akito Sakai et al, Interplay between multipolar order and multipole-induced superconductivity in PrTi2Al20, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-57262-2