Китайцы создали сверхпроводимость при помощи давления

Чтобы селенидам железа можно было найти практическое применение, необходимо повысить температуру их перехода в сверхпроводящее состояние до 77 К (соответствует температуре кипения жидкого азота). Всё указывает на то, что это возможно (иллюстрация Nature).

Физики Поднебесной обнаружили странное свойство у селенидов железа: при увеличении давления вещество сначала теряют свою сверхпроводимость, но затем приобретают её вновь, причём при большей температуре. Учёные впервые смогли таким образом инициировать сверхпроводимость, то есть позволили электрическому току протекать через материал без сопротивления.

Напомним, что большинство сверхпроводников приобретают свои уникальные свойства при температуре близкой к абсолютному нулю (-273 °C). Однако практическое применение материалов, охлаждаемых до столь низких температур, весьма ограничено. По этой причине физики ищут и создают так называемые высокотемпературные сверхпроводники, в которых электрический ток не встречает сопротивления при относительно высоких температурах (порядка 30 К или -243 °C).

В одном из подобных исследований группа Лилин Сунь (Li-Ling Sun) из Института физики Китайской академии наук экспериментировала со сверхпроводимостью селенидов железа (Tl0,6Rb0,4Fe1,67Se2, K0,8Fe1,7Se2, K0,8Fe1,78Se2). Эти материалы сохраняют нужные свойства вплоть до температуры 30 К.

Учёные поместили кристаллы толщиной 100 микрометров и диаметром 50 микрометров между алмазными наковальнями и начали сжимать. Как и ожидалось, по мере увеличения давления материалы теряли свои сверхпроводящие свойства (на отметке 10 гигапаскалей). Однако уже при 11,5 ГПа сверхпроводимость селенидов железа восстанавливалась. Более того, дальнейшее повышение давления до 12,5 ГПа привело к появлению высокотемпературной сверхпроводимости, она сохранялась до Т = 48 К (-225 °C). Для селенидов железа – это рекорд.

"Ни в одном из семейств высокотемпературных сверхпроводников не встречается сверхпроводимость, появляющаяся при высоком давлении. Результат удивил нас", — говорит Сунь.

Китайские физики пока не нашли объяснение обнаруженному явлению, однако рассказали о нём в статье в журнале Nature. Вероятно, переход свойств вызывает изменение параметров кристаллической решётки селенидов, теоретизируют учёные. В этом случае расстояния между атомами укорачиваются.

Возможно, также, что во всём "виноваты" вакансии (узлы кристаллической решётки, не имеющие атомов). Другие эксперименты показали, что в тонкой плёнке селенида железа при нормальном давлении одна часть материала представляет собой магнитные регионы, содержащие большое количество упорядоченных вакансий, другая часть – сверхпроводящие зоны без вакансий. То есть уже при нормальном давлении селенид железа "разрывается" между этими состояниями. Вероятно, с повышением давления магнитная составляющая по каким-то причинам уходит, а сверхпроводимость берёт верх.

Существует вероятность, что "вторая" сверхпроводимость появляется в ходе какого-то экзотического фазового перехода. В этом случае физикам предстоит поломать голову, так как открытие может изменить все существующие представления о формировании высокотемпературных сверхпроводников.

Чтобы выяснить, как всё-таки изменяется структура материала, исследователи Поднебесной планируют провести изучение образцов при помощи метода рассеивания нейтронов. Он поможет определить, происходит ли упорядочивание вакансий, изменение магнетизма или появление какого-либо другого эффекта, пишет Nature.

Сегодня