Международная группа исследователей, в которую вошел профессор МГУ Александр Васильев, получила новые данные о том, как вещество переходит в состояние сверхпроводимости. Работа физиков позволила подтвердить гипотезу о ключевой роли спиновых флуктуаций в формировании сверхпроводящего состояния в селениде железа. Работа опубликована в журнале Nature Materials.
Долгое время в физике господствовала теория фононного механизма спаривания и создания так называемых куперовских пар (теория БКШ), которая объясняла свойство некоторых материалов полностью терять электрическое сопротивление при низких температурах. Агентом притяжения здесь были фононы — квазичастицы, которыми обменивались электроны, они представляют собой волновые колебания решетки, распространяющиеся как реальные частицы. Однако одного этого объяснения со временем стало недостаточно для объяснения явлений сверхпроводимости.
Авторы статьи решили экспериментально проверить одну из гипотез, согласно которой все начинается с так называемых спиновых флуктуаций — дрожания спинов электронной подсистемы. Такие возбуждения искажают решетку, что заставляет спины дрожать более согласованно, выстраиваясь в цепочки (страйпы) вдоль какого-то из направлений в кристалле. Это в свою очередь вызывает нематичность, самоорганизованное электронное состояние, нарушающее вращательную симметрию решетки. И в этом повсеместном дрожании спинов, решетки и распределения электронов в пространстве рождаются куперовские пары, способные мчаться сквозь кристаллическую решетку.
В качестве исследуемого материала был выбран селенид железа — как сверхпроводящее соединение с очень простой кристаллической структурой, все изменения в которой легко отслеживать. Выращиванием монокристаллов селенида железа занимались российские участники эксперимента по уникальной методике, разработанной сотрудником Института экспериментальной минералогии РАН Дмитрием Чареевым, позволяющей создавать очень качественные кристаллы. Далее монокристаллы исследовались методами упругого и неупругого рассеяния нейтронов. И результаты экспериментов показали верность гипотезы.
Работа важна и с фундаментальной точки зрения, для понимания того, как в сверхпроводниках на основе железа формируется сверхпроводящее состояние, но также она открывает перспективы для практического выхода на высокотемпературную сверхпроводимость, то есть сверхпроводимость, возникающую выше температуры кипения азота.
