应变对单组分和双组分超导体的影响。a，说明两个代表性阶参数（单分量 s 波和双分量 px+ 知识产权y—同时响应压缩和剪切应变。两种间隙在压缩下都会做出响应（幅度是增加还是减少取决于微观细节）。然而，只有双组分间隙与剪切应变耦合——这里我们说明了相位模式（详见参考文献 2）。b， 弹性模量在T上的预期变化c用于单分量和双分量顺序参数。所有超导体在T上的压缩模量都存在不连续性c，但只有双组分超导体的剪切模量不连续。图片来源：Nature Physics （2024）。DOI： 10.1038/s41567-024-02493-1

通过微型扬声器发出的声音脉冲，康奈尔大学的物理学研究人员阐明了新超导体的基本性质。

自从大约五年前被发现是一种超导体以来，二碲化铀在量子材料界引起了很多轰动，也引起了很多困惑，关于其超导特性的真正性质有十几种理论。一些人提出了量子计算的宝贵可能性。

在一项实验中，艺术与科学学院（A&S）物理学副教授布拉德·拉姆肖（Brad Ramshaw）及其同事使用超声波收集了直接证据，证明二碲化铀具有单组分超导顺序参数，排除了一种更奇特的超导体，这对量子计算来说是个令人兴奋的消息。但是，为材料固有的超导性设定数据基线仍然为通过进一步研究发现其他复杂的可能性敞开了大门。

该实验表明，Ramshaw实验室最近的技术发展使脉冲回波超声（使用声脉冲来检查量子材料的机械刚度）成为检查超导材料的可靠且理想的技术。

该研究报告题为“UTe中的单组分超导性”2在环境压力下“，发表在《自然物理学》上。Ramshaw是通讯作者，博士生Florian Theuss是第一作者。博士生Avi Shragai和前博士后研究员Gael Grissonnanche，现在是巴黎综合理工学院的教职员工，以及马里兰大学和威斯康星大学密尔沃基分校的合作者做出了贡献。

“所有超导体的电阻为零，但在更微妙的层面上，超导体有不同的风味，”拉姆肖说。“研究人员对发现这些不同的味道很感兴趣，因为，第一，我们甚至不知道它们是否存在，尽管我们在理论上知道它们可以存在。第二，它们可以用于量子计算等技术。你需要新型超导体来开发新技术。

二碲化铀中一种奇怪的性质组合起初表明它可能是这种新型超导体。它的临界温度 - 在过渡到超导状态之前必须达到的温度 - 相对较低，约为2开尔文。但它的低临界温度与非常高的临界场配对 - 在超导状态崩溃之前它可以承受多少磁场的量度。

“我们通常希望它能承受一到两个特斯拉，但它可以承受大约60辆，”拉姆肖说。“它比你在日常生活中遇到的任何磁场都要强近100倍。这告诉我们有一些奇怪的东西，也许它是超导的新口味之一。

拉姆肖和他的合作者想要发现这种材料是否像一些理论和现有实验所预测的那样具有多组分超导有序参数，从而产生奇异效应;或单组分顺序参数，仍然具有潜在的奇异性，但受到更多限制。

Theuss在1毫米乘1毫米的样品上领导了一项使用脉冲回波超声的实验，以揭示二碲化铀结构和超导性之间的相互作用。该技术测量声脉冲在材料中移动的速度，其原理与医学超声成像相同。不同之处在于，研究人员没有产生图像，而是测量了声速，以检测材料冷却到并超过临界温度时刚度的变化。

“我们可以以惊人的精度测量声音回声之间的距离。这就是实验的真正力量，“拉姆肖说。

连接到样品上的微型扬声器（换能器）将声脉冲从三个不同的方向直接泵入材料中，同时测量三个压缩波和三个横波——仅存在于固体中的侧向振动。

在临界温度下，压缩波突然下降，声速骤降，正如所有超导体所预期的那样。然而，横波没有显示出这种下降。

“如果它是人们提出的超导的奇异类型之一，那么这些剪切波也会下降，”拉姆肖说。

研究人员提供了直接证据，证明这种材料具有单组分顺序参数。然而，这一结论并没有平息人们对二碲化铀超导性的兴奋，二碲化铀有许多有趣的方面值得进一步研究，包括其对磁性的极强排斥力。

Ramshaw说，施加低于临界温度的压力或磁场可能会改变超导性的类型，甚至可能产生难以捉摸的双组分自旋三重态超导性。目前的研究提供了一个基于数据的起点。

“当然，这种材料还有更多。我们才刚刚开始，“Theuss说，他在博士候选人的大部分时间里都与二碲化铀合作。“但如果你想解释这些复杂的事情，你必须从UTe超导性的基本内在事实开始2."

更多信息：Florian Theuss 等人，UTe 中的单组分超导性2在环境压力下，自然物理学（2024）。DOI： 10.1038/s41567-024-02493-1

期刊信息： Nature Physics