Уявіть матеріал, який проводить струм без жодних втрат – і робить це за температури, близької до абсолютного нуля. Звучить як черговий екзотичний експеримент, але цього разу фізики зробили дещо дивніше: їхній надпровідник порушив симетрію обернення часу. Раніше таке вміли лише «неконвенційні» матеріали, а тепер це вдалося «звичайному» надпровіднику I типу. Повідомляє T4 з посиланням на sciencealert.com. Що такого особливого в симетрії часу Симетрія обернення часу – це не філософська абстракція, а конкретна математична властивість. Більшість фізичних законів працюють однаково, якщо уявити, що час тече назад. Уявіть відео, де більярдна куля котиться від лузи назад до кия: теоретично такий зворотний рух теж підкоряється законам механіки. Але магнітне поле так не грає: якщо час «розвернути», воно змінить напрямок. Тому наявність спонтанного внутрішнього магнітного поля – це маркер того, що матеріал порушує цю симетрію. Фото: sciencealert.com Досі вважалося, що надпровідники I типу на таке не здатні. Вони простіші за «екзотичних родичів» – надпровідників II типу та неконвенційних матеріалів, які потребують складного інженерного налаштування. Але міжнародна команда фізиків під керівництвом Індійського інституту наукової освіти та досліджень (IISER) у Бхопалі довела протилежне. Як дослідники виявили ефект Вони синтезували монокристали матеріалу під назвою диантимонід ітербію (YbSb2) і за допомогою рентгенівських променів перевірили його хімічну чистоту та кристалічну структуру. Опір матеріалу впав до нуля, і він різко став надпровідним за температури близько -272 °C – це лише на градус вище за абсолютний нуль (-273,15 °C). Вимірювання теплоємності підтвердили: перед нами надпровідник I типу з «повністю щілинним» станом, тобто енергетичним бар’єром, який захищає спарені електрони від руйнування. Але справжній сюрприз чекав попереду. Дослідники застосували мюонну спінову спектроскопію – метод, у якому матеріал «обстрілюють» мюонами, елементарними частинками, що поводяться як крихітні магнітики. Коли зовнішнє магнітне поле не прикладали, а матеріал уже перейшов у надпровідний стан, усередині нього спонтанно з’явилися мікроскопічні магнітні поля. Саме це й стало ключовим доказом порушення симетрії обернення часу. Чому це важливо для квантових комп’ютерів Тут є нюанс, який часто оминають у популярних переказах. Електрони в YbSb2 спаровуються не традиційним чином, а у «спіновий триплет» – конфігурацію, за якої магнітні моменти електронів не компенсують один одного. Через це матеріал має власний магнітний момент і порушує симетрію часу без будь-якого зовнішнього поля. Дослідники навіть дали цьому стан назву – «внутрішньо антисиметричний неунітарний триплетний (INT) стан». Що це означає на практиці? Такі топологічні квантові матеріали можуть захищати квантову інформацію від зовнішніх впливів – тепла, електромагнітного шуму. А саме ці фактори найчастіше «вибивають» квантові системи з крихкого заплутаного стану, перетворюючи їх на звичайні комп’ютери. Якщо YbSb2 здатен підтримувати «безіщілинні майоранівські поверхневі моди» – квазічастинки, що є власними античастинками, – це може стати основою для стабільніших кубітів. Що це змінює для решти технологій Надпровідники вже використовуються в МРТ-сканерах, прискорювачах частинок і поїздах на магнітній подушці. Але більшість із них – це складні, дорогі у виробництві матеріали II типу або неконвенційні сполуки. Якщо YbSb2 справді поєднує простоту I типу з екзотичними квантовими властивостями, це може спростити створення надпровідних пристроїв – від чутливих магнітометрів до елементів квантових процесорів. Поки що мова не йде про кімнатну температуру або масове виробництво. YbSb2 працює за екстремально низьких температур, і до промислового застосування ще далеко. Але сам факт, що «простий» надпровідник продемонстрував властивість, яку раніше приписували лише екзотичним матеріалам, змушує фізиків переглянути підручники. Часті запитання Що таке симетрія обернення часу простими словами? Це властивість фізичних законів працювати однаково, якщо час уявити таким, що тече назад. Магнітне поле її порушує, бо змінює напрямок при «зворотному» часі. Чим надпровідник I типу відрізняється від II типу? Вони по-різному реагують на магнітні поля. I тип різко втрачає надпровідність при певному порозі, II тип має складнішу поведінку і вважається більш екзотичним. Чи можна використати YbSb2 у звичайній електроніці? Ні, він працює лише за температур, близьких до абсолютного нуля. Його потенційне застосування – квантові обчислення та наукові прилади. Коли з’являться квантові комп’ютери на таких матеріалах? Точних термінів немає. Це фундаментальне дослідження, опубліковане в Physical Review Letters, і до практичних пристроїв ще багато кроків. Чому це відкриття називають «першим у своєму роді»? Бо вперше надпровідник I типу продемонстрував порушення симетрії обернення часу – властивість, яку досі пов’язували лише з неконвенційними матеріалами II типу. Якщо YbSb2 дійсно відкриває новий клас матеріалів, наступні кроки будуть цілком практичними: пошук споріднених сполук, які працюють за вищих температур, і спроби стабілізувати майоранівські моди в реальних пристроях. А поки що залишається відкритим питання: чи багато ще «простих» надпровідників ховають у собі екзотику, яку ми просто не навчилися помічати?The post Фізики створили надпровідник YbSb2, що порушує симетрію часу first appeared on T4 - сучасні технології та наука.