其超导态仅在极其特定的磁场方向下出现。

奥地利科学家终于揭开了为什么一种奇特的铀基超导体在强大磁场下会“死而复生”、看似违背传统物理规律的原因。这种名为二碲化铀（UTe₂）的材料是一种非常规的重费米子超导体，被普遍认为是自旋三重态超导体。自 2019 年被偶然发现以来，它一直困扰着物理学家。

原因在于它与大多数超导体相比表现出的反常行为。大多数超导体在极低温度下允许电流零电阻流动，但在多数情况下，强磁场会破坏超导态。然而，UTe₂首先在大约 10 特斯拉（比大多数磁共振成像仪使用的磁场强三倍多）的磁场下失去超导态，随后却在 40 至 70 特斯拉的更强磁场下神秘地重新获得零电阻。1 特斯拉的磁场就足以在废车场中举起一辆汽车。

挑战量子物理

位于奥地利克洛斯特新堡镇的科学技术研究所的科学家对 UTe₂ 材料进行了广泛研究。他们表示，可能终于理解了导致这种所谓“再入超导”现象的原因。该研究所助理教授 Kimberly Modic 博士指出，研究人员长期以来一直认为磁性在非常规超导中扮演着重要角色。“但问题在于 UTe₂ 并不具有磁性，”她说道。“所以乍一看，并不清楚这种材料为何会展现出如此特殊的超导态。”

为了理解 UTe₂ 中这种不寻常的超导性是如何产生的，科学家们在极端磁场下再入超导出现之前对材料进行了研究。他们利用脉冲磁场设施，将样品暴露在十分之一秒内达到 60 特斯拉的快速磁脉冲中。该研究的第一作者、博士生 Valeska Zambra 表示，团队旨在确定材料内部的磁涨落是否能解释高场超导现象。他们开发了一种方法，通过在极端磁场下进行受控的机械“摆动”来探测样品。

实践中的方法

Zambra 说，他们将样品放置在一个类似悬臂的杆上，以便在磁场中操控和振动它。“从晶体的角度来看，这种振动使得磁场方向似乎在随时间振荡，从而可以在变化的磁场下快速检查磁化强度。”这种方法使研究人员能够在以前无法达到的条件下测量横向磁化率。正是通过这种方式，他们发现了 UTe₂ 中存在一个强横向磁化率区域，该区域起到了粘合电子的“胶水”作用，这有助于解释高场超导性。

研究人员表示，这项工作不仅对理解 UTe₂ 本身很重要，而且为研究奇异的量子材料开辟了新途径。他们使用比盐粒还小的样品，成功测量了几乎无缺陷的 UTe₂ 碎片。他们还开发了制造并将这些微小样品精确集成到实验中的技术。“测量大小约等于人类头发丝粗细的微小样品尤其具有挑战性，但这正是我们团队所擅长的，”Modic 强调道。

多个高场实验室已经联系该研究团队，希望采用这种新的测量技术进行自己的实验。Modic 指出，UTe₂ 可能展现出一种以前未知的超导类型。“尽管存在其他非常规超导体，但 UTe₂ 让‘非常规’这个词几乎显得轻描淡写，”她在新闻稿中总结道。

该研究已发表在《自然·通讯》杂志上。

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