Физики из США выполнили серию опытов, в которых наблюдалось образование «тяжёлых фермионов» в нескольких соединениях церия.
«Тяжёлыми» здесь названы не фундаментальные частицы, а квазичастицы, низкоэнергетические фермионные возбуждения с большой эффективной массой. Они, как было установлено ранее, развиваются в ходе охлаждения твёрдых тел, в состав которых входят элементы с f-орбиталями. Причиной их образования становится взаимодействие спинов f-электронов и коллективизированных электронов (частиц, легко двигающихся в кристаллической решётке в виде электронного газа).
Процесс появления фермионных возбуждений и механизм увеличения их массы были изучены довольно плохо. Намереваясь восполнить этот пробел, авторы провели эксперименты на криогенном сканирующем туннельном микроскопе, используя кристаллы CeCoIn5, CeCo(In0,9985Hg0,0015)5 и CeRhIn5 в качестве образцов. Электроны и спины в твёрдом теле (иллюстрация Yazdani Group).
В результате физикам удалось охарактеризовать время жизни «тяжёлых» квазичастиц и явления их рассеяния и интерференции. Кроме того, американцы показали чувствительность процесса туннелирования к композитной природе квазичастиц, квантовому запутыванию электронов проводимости и f-электронов.
Собранные данные должны помочь теоретикам, которые занимаются проблемой «нетрадиционной» (не соответствующей стандартным моделям Бардина — Купера — Шриффера и Боголюбова) сверхпроводимости. Связь здесь очень простая: появление фермионных возбуждений считается ключевым условием перехода соединений, содержащих актиниды и лантаниды, в то самое «нетрадиционное» сверхпроводящее состояние.
Полная версия отчёта опубликована в свежем номере журнала Nature
