Cercetătorii sud-coreeni au rezolvat un mister vechi de jumătate de secol, reușind să observe direct cuadrupolii de spin pentru prima dată.
Această realizare marchează un pas important în cercetarea superconductivității la temperaturi înalte și a calculatoarelor cuantice.
Ca referință, superconductorii sunt materiale care, la temperaturi foarte scăzute, devin complet lipsite de rezistență electrică. Acest fenomen a fost descoperit pentru prima dată în 1911 de către fizicianul olandez Heike Kamerlingh Onnes, care a observat că rezistența electrică a mercurului a dispărut brusc atunci când a fost răcit aproape de zero absolut (-273,15°C). Această descoperire a deschis calea către o serie de aplicații tehnologice și științifice remarcabile.
La nivel microscopic, superconductivitatea este rezultatul formării unui fenomen cuantic numit cuplaj de perechi de electroni, cunoscut și sub numele de perechi Cooper. La temperaturi scăzute, electronii dintr-un superconductor se organizează în perechi, numite perechi Cooper, care călătoresc împreună prin material fără să întâlnească rezistență. Acest comportament este în contrast puternic cu comportamentul lor la temperaturi mai ridicate, când electronii se ciocnesc cu atomii și ionii din material, generând rezistență electrică.
Echipa condusă de profesorul Kim Bumjoon de la Centrul IBS pentru Sisteme Electronice Artificiale cu Dimensiuni Reduse a folosit tehnici avansate cu raze X și optice pentru a studia Sr2IrO4, un oxid de iridiu cu structură pătrată. Acest material era cunoscut anterior pentru ordinea sa antiferomagnetică dipolară la temperaturi scăzute.
Studiul a descoperit noua coexistență a unei ordini cuadrupolare de spin, care devine vizibilă prin interferența sa cu ordinea magnetică.
Semnalul de interferență a fost detectat prin difracție rezonantă circular-dicroică cu raze X, o tehnică avansată care utilizează un fascicul de raze X polarizat circular. Verificarea suplimentară a acestei descoperiri a venit prin dispersia inelastică rezonantă cu raze X polarizată, unde excitațiile magnetice s-au dovedit a devia semnificativ de la comportamentele anticipate.
În acest nou studiu, cercetătorii au adăugat la modelul 2D Hubbard capacitatea electronilor de a face hopuri diagonale. Cu această modificare și simulări de mii de săptămâni pe supercomputere, modelul cercetătorilor a surprins supraconductivitatea și alte câteva caracteristici cheie în experimente.
Arătând că umilul model Hubbard poate descrie supraconductivitatea, autorii își demonstrează valoarea ca platformă pentru înțelegerea de ce și cum apare supraconductibilitatea.
Această descoperire deschide noi posibilități în domeniul superconductivității și al informaticii cuantice, oferind o nouă înțelegere a materiei și potențialul de a dezvolta tehnologii revoluționare.