I ricercatori del Paul Scherrer Institute (PSI), utilizzando la rotazione dello spin dei muoni presso la Swiss Muon Source (SmS), hanno scoperto che sulla superficie del superconduttore Kagome RbV3Sb5 si verifica un fenomeno quantistico chiamato rottura della simmetria a inversione temporale, che si verifica a temperature fino a 175 K.
Il fenomeno della rottura della simmetria a inversione temporale
Questo ha stabilito un nuovo record per la temperatura alla quale si osserva la rottura della simmetria a inversione temporale nei sistemi Kagome. Si parla di 98 gradi Celsius. Nel mondo quantistico, questa è in realtà una temperatura piuttosto alta. Nella maggior parte del materiale RbV3Sb5, la rottura della simmetria di inversione temporale si verifica a una temperatura molto più bassa, ovvero 60 K, o -213 gradi Celsius.
La rottura della simmetria a inversione temporale (TRS-breaking) è un segno distintivo di un comportamento elettronico e magnetico insolito che può portare a fasi quantistiche esotiche: fenomeni che potrebbero essere potenzialmente molto utili per le tecnologie quantistiche. Quindi, trovare questo a una temperatura più “gestibile” è interessante.
Lo studio
La simmetria di inversione temporale (TRS) è l’idea che le leggi della fisica siano le stesse sia che il tempo scorra in avanti che all’indietro. In alcuni materiali, come il superconduttore Kagome, questa simmetria può essere violata, il che significa che il sistema si comporta diversamente se il tempo fosse invertito.
Nel materiale Kagome studiato in questo lavoro, in determinate condizioni, il comportamento collettivo degli elettroni (noto come ordine di carica) crea campi magnetici che rompono questa simmetria. Questo tipo di ordine di carica è associato a proprietà magnetiche e di trasporto insolite, quindi è di grande interesse.
Kagome è il nome di un tradizionale motivo giapponese di intreccio di cesti, formato da un motivo di triangoli che condividono gli angoli. Ifisici della materia condensata hanno però scoperto un po’ di tempo fa che se gli atomi sono disposti in questa struttura, il comportamento collettivo degli elettroni dà origine a fenomeni quantistici esotici e ricercati.
Nel caso di RbV3Sb5, una di queste proprietà è la superconduttività, che si attiva al di sotto dei freddissimi 2 gradi Kelvin. Tuttavia, altri fenomeni quantistici, che sono anch’essi promettenti per applicazioni tecnologiche, si verificano a temperature più elevate: ad esempio, la simmetria a inversione temporale.
La chiave qui, tuttavia, non è solo che la rottura della simmetria a inversione temporale avviene a temperature elevate. È che dipende dalla profondità nel materiale, ovvero dalla distanza dalla superficie fino alla massa. Questo significa che la fase quantistica può essere regolata.
Questa sintonizzabilità offre un percorso per controllare le proprietà elettroniche e magnetiche del materiale a temperature più accessibili. Una parte importante dell’uso di fenomeni quantistici esotici in applicazioni del mondo reale è la capacità di manipolarli.
In definitiva, questa studio fa parte del puzzle più ampio della superconduttività non convenzionale e della sua ricerca in condizioni più accessibili. Lo stesso team di ricerca, guidato da Zurab Guguchia, aveva precedentemente collegato la rottura della simmetria a inversione temporale alla superconduttività in questo materiale.
Sebbene lo studio più recente non abbia indagato la superconduttività, il team ritiene che i risultati indichino che la superconduttività sarà regolabile anche in base alla profondità; un aspetto che il team intende approfondire.
Conclusioni
Guguchia e il suo team hanno pubblicato nel 2022 la grande scoperta dell’ordine di carica che rompe il TRS in un superconduttore Kagome simile: una svolta importante nel campo. Da allora, hanno continuato a dimostrare come questo fenomeno può essere regolato in varie condizioni e hanno stabilito il collegamento con la superconduttività non convenzionale.
Lo studio è stato pubblicato su Nature Comunications.
