Группа ученых из Московского государственного университета и Физического института им. Лебедева РАН провела исследование, в котором оценила возникновение сверхпроводящего состояния в железосодержащих сверхпроводниках с двумя энергетическими щелями. Статья опубликована в Journal of Superconductivity and Novel Magnetism.
После открытия железосодержащих проводников этот новый класс материалов сразу стал главным объектом интереса физиков, занимавшихся сверхпроводимостью. Несмотря на то, что количество сверхпроводников на основе соединений железа с мышьяком или селеном, равно как и количество возможных объяснений «железной» сверхпроводимости, за последние годы превысило количество всех найденных сверхпроводящих купратов, до сих пор четкого понимания происходящего нет.
В эксперименте физиков в первую очередь интересовало измерение характеристик двух энергетических щелей: диапазон энергий (температур), при которых в материале возникает сверхпроводимость. Ученым удалось выяснить, что именно блоки железо-мышьяк или железо-селен ответственны в этих соединениях за возникновение сверхпроводимости
«Практически все исследователи согласны с тем, что, хотя внешнее магнитное поле в них подавляется, внутри этих блоков его флуктуации в виде квазичастиц магнонов вполне могут существовать и с большой вероятностью принимать участие в формировании сверхпроводящего состояния. Но дело это настолько новое, и мы знаем на сегодня настолько мало, что практически ни один из предложенных механизмов формирования здесь сверхпроводимости пока не удается ни подтвердить, ни опровергнуть», — пояснил руководитель исследования Светослав Кузьмичев.
То, что железосодержащие сверхпроводники многощелевые, также чрезвычайно осложняет понимание и без того непростых процессов, сопровождающих феномен сверхпроводимости. Ученые ранее рассчитали особенности температурного поведения двух сверхпроводящих щелей для целого спектра железосодержащих сверхпроводников и «нежелезного» диборида магния (с частичным замещением магния на алюминий), провели прямые экспериментальные измерения этих зависимостей и в результате обнаружили хорошее соответствие между своими расчетами и данными измерений. Им также удалось оценить, что вносит в формирующуюся в них сверхпроводимость наибольший вклад — межзонное или внутризонное спаривание.
«До сих пор подобные оценки характеристик щелей основывались на косвенных измерениях, – сказал Кузьмичев. — Измеряли, например, зависимость от температуры других параметров сверхпроводящего состояния, а потом экстраполировали результат для определения энергетических щелей. Это были довольно приблизительные измерения, а в случае двух щелей их точность, грубо говоря, становится плюс-минус километр».
Методику, с помощью которой можно измерять непосредственно сами энергетические щели высокотемпературных сверхпроводников при любых температурах вплоть до критической температуры сверхпроводящего перехода, минуя процедуру косвенных измерений, разработал профессор физического факультета МГУ Ярослав Пономарев.
«Это наше главное ноу-хау, которое позволило нам оценить силу межзонного и внутризонного спаривания электронов. В результате нами было показано, что определяющую роль в механизме сверхпроводимости диборида магния и железосодержащих сверхпроводников играет внутризонное спаривание носителей. Между собой конденсаты взаимодействуют слабее, при этом в дибориде магния межзонное взаимодействие намного слабее, чем в железосодержащих сверхпроводниках», — рассказал Светослав Кузьмичев.
Он надеется, что работа прояснит ситуацию с возникновением «железной» сверхпроводимости. Такие проводники могут нести ток на порядок-два выше, чем купраты и даже ниобий и его сплавы, применяемые сегодня в сверхпроводящих магнитах для генерации очень высоких полей на мощных ускорителях и токамаках.
[Публикация подготовлена Центром популяризации научных знаний МГУ им. М.В. Ломоносова]
