Физики из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне обнаружили в урановом теллуриде UTe₂ пространственные моды, которые сохранялись после исчезновения основной сверхпроводящей фазы. Исследование опубликовано 3 октября 2026 года в Proceedings of the National Academy of Sciences. Результаты согласуются с существованием волн плотности пар, или PDW, выше критической температуры. Однако микроскоп исследовал поверхность кристалла, а не весь его объём.

Что увидели исследователи

Обычно пары Купера в сверхпроводнике распределены более или менее однородно. В состоянии PDW их распределение образует пространственный рисунок: в одних участках вклад пар сильнее, в других слабее. Получается подобие волны, но меняется не высота воды, а распределение электронных пар в кристалле.

Команда работала с высококачественными кристаллами UTe₂, выращенными новым методом с использованием расплава. Образцы изучали при помощи сканирующего туннельного микроскопа с векторным магнитным полем. Он измеряет электронные свойства поверхности, а векторная система позволяла систематически менять температуру, силу и направление магнитного поля.

Обнаруженные моды менялись при нагревании и воздействии магнитного поля так, как должны вести себя волны плотности пар. Некоторые из них сохранялись выше критической температуры, хотя основная сверхпроводящая фаза уже исчезала. Авторы объясняют это тем, что пары Купера могли сформироваться заранее, но ещё не образовать обычное однородное сверхпроводящее состояние.

При нагревании материал теряет общий квантовый порядок, необходимый для сверхпроводимости, но пространственно неоднородные корреляции между парами могут сохраняться дольше. Поэтому исследователи описывают PDW как остаток сверхпроводящей фазы после её исчезновения. Такое объяснение опирается на температурную зависимость мод, их реакцию на магнитное поле и теоретические ограничения. Эксперимент не показывал каждую пару Купера внутри кристалла напрямую.

Представим условный зал, где пары людей сначала танцуют синхронно. Когда общий танец прекращается, сами пары ещё некоторое время могут располагаться волнообразно: плотнее в одних местах и реже в других. Аналогия поясняет, как пространственный рисунок способен пережить общий порядок. Она не означает, что пары Купера буквально ведут себя как люди или что исследователи наблюдали такой танец.

Почему поверхность не рассказывает обо всём кристалле

Сканирующая туннельная микроскопия считывает отклик верхнего слоя материала. Она позволяет подробно увидеть электронные моды на поверхности, но сама по себе не устанавливает, что на глубине кристалл находится в том же состоянии. Внутренняя часть UTe₂ может вести себя иначе.

Поэтому результаты дают сильную подсказку о процессах внутри кристалла, но не доказывают, что PDW сохраняется во всём его объёме. Для такого вывода потребуются независимые объёмные измерения. Пока волна плотности пар остаётся согласованным объяснением наблюдаемой картины, а не прямой картой распределения пар на каждой глубине образца.

Работа уточняет возможное устройство сверхпроводимости в UTe₂, который считают кандидатом в сверхпроводники с триплетными парами. При этом существование такого типа пар в урановом теллуриде ещё не установлено окончательно. Различие между измеренным сигналом и его объяснением необходимо точно обозначать и при подготовке научной статьи: описание результатов не отменяет экспериментальных ограничений.

Работа Zhen Zhu и соавторов опубликована под названием Evidence of intertwined pair density and charge density wave orders in UTe₂. DOI: 10.1073/pnas.2602117123.

Схема показывает, как пары Купера могут образовать пространственно неоднородную волну плотности пар, сохраниться после исчезновения основной сверхпроводящей фазы и быть зафиксированы сканирующим туннельным микроскопом только на поверхности кристалла.

Фото: kennethr / Pixabay