Нематические фазы, в которых электроны в твердых телах спонтанно нарушают осевую симметрию, сохраняя при этом трансляционную симметрию, наблюдаются в различных семействах нетрадиционных сверхпроводников. Управляемая нематичискими колебаниями сверхпроводимость доказана в теории, но до сих пор не наблюдалась экспериментально. В основном, из-за того, что нематичность часто переплетена с другими степенями свободы, например, магнетизмом, пишет Phys.

Особые свойства семейства сверхпроводников из кристаллов селенида, смешанных с атомами серы и железа, дали возможность изучить эту теорию на практике. При комнатной температуре электрон в атоме железа не различает горизонтальное и вертикальное направление. Однако когда становится холоднее, он входит в нематическую фазу, в которой начинает «предпочитать» одно или другое направление. В некоторых случаях электрон может начать колебаться, что выбрать. Это и называют нематическими флуктуациями.

Команда ученых из Йельского университета выбрала этот материал за то, что он демонстрирует нематический порядок и сверхпроводимость без ряда недостатков, мешающих исследованиям. В частности, таким образом они смогли убрать из уравнения магнетизм. Для этого пришлось на протяжении нескольких дней охлаждать содержащие железо вещества при температуре менее 500 мК. Затем, с помощью сканирующего туннельного микроскопа были сделаны снимки квантовых состояний электронов на атомном уровне.

В этих снимках ученые нашли свидетельства энергетической щели, четко указывающие на состояние сверхпроводимости, вызванной электронной нематичностью.

«Следующий шаг — более пристальное изучение, — сказал Эдуардо да Сильва Нето, руководитель проекта. — Что произойдет со сверхпроводимостью, если мы продолжим повышать содержание серы? Исчезнет ли она? Вернутся ли спиновые колебания? Возникает несколько вопросов, которые мы хотим исследовать».

Неожиданный признак сверхпроводимости — спаривание электронов внутри электроизоляционного материала при -123 градусах Цельсия — наблюдала команда ученых из Стэнфордского университета. Объяснения этому явлению у физиков пока нет, но если они смогут выяснить причину, это может приблизить долгожданное появление высокотемпературных сверхпроводников.