Trong thế giới mà các electron thường va chạm và mất năng lượng, chất siêu dẫn cho phép chúng chuyển động mà không có điện trở. Nhưng trong urani đitelurua, các nhà khoa học đã phát hiện ra một điều bất ngờ: những sóng có trật tự của các cặp electron vẫn tồn tại ngay cả sau khi vật liệu mất đi trạng thái siêu dẫn của nó.
Tính siêu dẫn xuất hiện ở nhiệt độ rất thấp, khi các electron tạo thành các cặp Cooper và đi xuyên qua mạng tinh thể mà không bị mất mát. Trong các vật liệu thông thường, những cặp này xuất hiện đúng vào lúc chuyển pha. Tuy nhiên, trong urani đitelurua, vật liệu trở thành chất siêu dẫn dưới 2,1 kelvin, các cặp Cooper tạo thành những hoa văn không gian lặp lại — sóng mật độ cặp.
Những sóng như vậy đã được dự đoán từ năm 2007, nhưng chưa có bằng chứng trực tiếp nào về sự tồn tại của chúng bên ngoài pha siêu dẫn. Các nhà nghiên cứu từ Đại học Illinois tại Urbana-Champaign đã sử dụng kính hiển vi quét xuyên hầm với từ trường vectơ và các mẫu vật liệu chất lượng cao. Họ đã ghi nhận được những mode electron đặc trưng phản ứng với nhiệt độ và từ trường đúng như lý thuyết sóng mật độ cặp dự đoán.
Điều đáng kinh ngạc nhất: những mode này vẫn tồn tại ở nhiệt độ cao hơn đáng kể so với điểm tới hạn của tính siêu dẫn. Nhà vật lý Eduardo Fradkin đã so sánh chúng với nụ cười của Mèo Cheshire — những dấu vết còn lại sau khi bản thân pha biến mất. Điều này không có nghĩa là vật liệu vẫn là chất siêu dẫn ở nhiệt độ cao hơn, nhưng cho thấy các cặp Cooper có thể tồn tại ở dạng có tổ chức độc lập với trạng thái cơ bản.
Urani đitelurua còn thú vị ở chỗ nó được coi là một chất siêu dẫn spin-triplet hiếm gặp: các cặp electron trong nó có định hướng từ tính riêng. Việc quan sát sóng mật độ cặp giúp hiểu rõ hơn cách những cặp bất thường như vậy được hình thành và tại sao chúng lại hành xử khác với các chất siêu dẫn cổ điển.
Phát hiện này đưa các nhà vật lý đến gần hơn với việc giải mã các cơ chế của tính siêu dẫn phi truyền thống và có thể chỉ ra con đường tạo ra các vật liệu hoạt động ở nhiệt độ cao hơn. Việc hiểu rõ những trạng thái trung gian này rất quan trọng đối với các công nghệ tương lai — từ lưới điện tiết kiệm năng lượng đến máy tính lượng tử.
Sóng mật độ cặp cho thấy tính siêu dẫn không chỉ đơn thuần là bật hay tắt, mà là một quá trình phức tạp với những giai đoạn trung gian mà giờ đây có thể được nghiên cứu trực tiếp.
