Физики разрешили давнюю загадку взаимосвязи сверхпроводимости и магнетизма, предложив новую интерпретацию. Исследование, проведенное в Венском техническом университете (TU Wien), показывает, что в некоторых квантовых материалах сверхпроводимость не порождает экзотические магнитные свойства, как считалось ранее, а лишь позволяет экспериментально обнаружить уже существующую в них необычную форму магнетизма, известную как альтермагнетизм.
Вопрос о связи между сверхпроводимостью и магнетизмом долгое время оставался нерешённой проблемой. Эксперименты с такими материалами, как стронция рутенат (Sr₂RuO₄) и некоторые слоистые соединения, выявляли признаки нарушения временной симметрии как раз на той границе, где материал переходит в сверхпроводящее состояние. Поскольку такое нарушение — отличительная черта магнетизма, исследователи заключили, что в данных материалах возникает особая, «хиральная» форма сверхпроводимости, которая сама по себе способна порождать магнитные эффекты.
Однако накопленные данные выявили противоречия. Так, новые результаты указывают, что сверхпроводимость в стронция рутенате не должна создавать подобные магнитные эффекты, а в некоторых экспериментах магнитные сигналы фиксировались даже выше критической температуры, то есть в отсутствие сверхпроводимости. Физик Алина Рамирес из Института физики твердого тела TU Wien предложила объяснение, связывающее эти аномалии с альтермагнетизмом.
Альтермагнетизм, открытый лишь несколько лет назад, представляет собой особый тип магнитного упорядочения. В отличие от ферромагнетизма, где спины всех электронов сонаправлены, и от антиферромагнетизма, где соседние спины противоположны и компенсируют друг друга, в альтермагнетиках спины также направлены противоположно, но пространственное расположение электронов с разными спинами не является эквивалентным. Это придает таким материалам уникальные свойства.
Ключ к разгадке, как показала Рамирес, лежит в симметрии. В некоторых материалах альтермагнетизм, который по своей природе нарушает временную симметрию, может существовать как выше, так и ниже температуры перехода в сверхпроводящее состояние. Однако характерные признаки этого нарушения, такие как магнито-оптический эффект Керра, могут оставаться скрытыми из-за высокой внутренней пространственной симметрии кристаллической решетки. Возникновение сверхпроводимости может частично нарушать эту пространственную симметрию, в результате чего ранее невидимые следы альтермагнетизма становятся доступными для измерений.
Таким образом, согласно новому исследованию, сверхпроводимость не создает магнетизм в этих материалах. Они являются альтермагнетиками изначально. Переход в сверхпроводящее состояние выступает не как триггер магнетизма, а как инструмент, нарушающий внутреннюю симметрию и «обнажающий» уже существующие магнитные свойства для экспериментального наблюдения. Это объяснение снимает накопившиеся противоречия и предлагает новую парадигму для интерпретации экспериментов в физике конденсированного состояния.