YbSb₂: prvi supervodič tipa I koji pokazuje kršenje vremenske simetrije

Supervodiči su poznati po tome što električnu struju provode bez otpora i izbacuju magnetsko polje kada se ohlade na vrlo niske temperature. Nova studija donosi zanimljiv izuzetak u toj priči: materijal YbSb₂ pokazao je znakove kršenja vremenske simetrije, i to u skupini supervodiča tipa I.

Vremenska simetrija u fizici opisuje ideju da se ponašanje sustava ne bi trebalo promijeniti ako se smjer vremena matematički obrne. U nekim nekonvencionalnim supervodičima ta se simetrija može spontano narušiti. Kada se materijal ohladi u supravodljivo stanje, u njemu se pojave vrlo mala unutarnja magnetska polja koja nisu posljedica vanjskog magneta.

Do sada su svi poznati supervodiči s takvim ponašanjem bili tipa II. Razlika između tipa I i tipa II povezana je s načinom na koji materijal reagira na magnetsko polje. Supervodič tipa I uglavnom potpuno izbacuje magnetsko polje, dok tip II može dopustiti da dio polja prodre u materijal u obliku vrtloga.

Tim predvođen istraživačima s Indian Institute of Science Education and Research Bhopal uzgojio je pojedinačne kristale YbSb₂ i proučio njihovo ponašanje pri temperaturama blizu apsolutne nule. Kako bi otkrili iznimno slaba unutarnja polja, znanstvenici su u materijal ugradili mione. Te subatomske čestice mogu djelovati kao vrlo osjetljivi detektori lokalnog magnetskog okoliša.

Kada se YbSb₂ ohladio ispod svoje supravodljive prijelazne temperature, mjerenja su pokazala pojavu spontanih unutarnjih magnetskih polja. Da vremenska simetrija ostaje očuvana, takav se signal ne bi očekivao. Zbog toga autori u radu zaključuju da YbSb₂ predstavlja prvi prijavljeni supervodič tipa I s dokazima kršenja vremenske simetrije.

Otkriće ne znači da je materijal spreman za tehnološku primjenu. Eksperiment je proveden pri ultraniskim temperaturama, a potrebna su dodatna mjerenja kako bi se precizno objasnilo podrijetlo stanja. Istraživači predlažu da bi ponašanje moglo biti povezano s neobičnim supravodljivim stanjem koje nazivaju interno antisimetričnim neunitarnim tripletnim stanjem.

Teorijski izračuni dodatno sugeriraju mogućnost površinskih Majoraninih modova bez energijskog procjepa. Takav rezultat povezuje YbSb₂ s područjem topološke supravodljivosti, u kojem fizičari proučavaju kako posebna svojstva materijala mogu biti zaštićena od određenih poremećaja. No riječ je o teoretskom prijedlogu, a ne o izravnoj potvrdi da je materijal već pokazao korisne Majoranine čestice.

Važnost rada zato je prije svega temeljna. On pokazuje da kršenje vremenske simetrije možda nije ograničeno na supervodiče tipa II, kako se dugo pretpostavljalo. Širenje popisa materijala s takvim ponašanjem može pomoći fizičarima da bolje razumiju kako se elektroni udružuju u supravodljivo stanje i zašto u nekim materijalima nastaju neobične magnetske pojave.

Studija je objavljena u časopisu Physical Review Letters. Sljedeći korak bit će neovisna potvrda mjerenja, detaljnija teorija i provjera mogu li se slična svojstva pronaći u drugim spojevima. YbSb₂ zasad ostaje vrlo hladan laboratorijski materijal, ali je zanimljiv upravo zato što ruši granicu između očekivanog ponašanja tipa I i egzotičnih kvantnih pojava.