В мире квантовых материалов мало соединений вызывало столько споров, как кагоме-металл CsV3Sb5. Этот слоистый кристалл с атомами ванадия на решетке из треугольников при охлаждении до 94 кельвинов образует волну зарядовой плотности, а при 2,5–3 кельвинах переходит в сверхпроводящее состояние. Годы экспериментов давали противоречивые результаты: одни измерения указывали на обычную сверхпроводимость с полностью открытой энергетической щелью, другие — на узлы, где щель исчезает.
Исследователи из Университета Окаяма под руководством доцента Синдзи Кавасаки и профессора Го-цина Чжэна применили одноосное растяжение кристаллов CsV3Sb5. С помощью пьезоэлектрической ячейки они растягивали образец вдоль одного направления и одновременно измеряли свойства методом ядерного квадрупольного резонанса. Результаты, опубликованные в Physical Review Letters, показали, что материал обладает не одним, а двумя близкими по энергии сверхпроводящими состояниями.
При растяжении на 0,9 процента температура перехода в сверхпроводящее состояние выросла с 3,0 до 3,6 кельвина. При этом волна зарядовой плотности осталась практически неизменной. В отличие от гидростатического давления, которое влияет на оба явления одновременно, одноосное растяжение позволяет управлять сверхпроводимостью независимо.
Под максимальным растяжением материал демонстрировал два отчетливых перехода. Первый, при 3,6 кельвина, соответствовал узловому (неконвенциональному) состоянию, второй — при 3,0 кельвина — безузловому (более обычному). Доля узлового компонента увеличилась с 10 до 26 процентов. Таким образом, растяжение не только повышает температуру, но и сдвигает баланс между двумя каналами спаривания.
Ядерный квадрупольный резонанс позволил заглянуть на атомный уровень и различить эти состояния по локальной электронной среде. Ранее противоречивые данные разных групп теперь получают объяснение: два состояния сосуществуют почти вырожденно, и разные методики по-разному их взвешивали.
Открытие превращает CsV3Sb5 из источника путаницы в удобную модельную систему. Теперь ученые могут по отдельности изучать каждый канал спаривания, деформируя решетку. Такой подход может стать общим инструментом для разделения сверхпроводимости и конкурирующих порядков в других необычных сверхпроводниках.
Хотя температура перехода в CsV3Sb5 пока слишком низка для практического применения, понимание механизмов конкуренции двух состояний приближает нас к созданию материалов с более высокой температурой сверхпроводимости. Растяжение кристалла открывает новый способ управления квантовыми свойствами.
