Материалы на основе железа обнаруживают уникальный механизм перехода в сверхпроводящее состояние

Источник: rosbalt.ru

Группа физиков из Лаборатории Эймса (США), возглавляемая Русланом Прозоровым, показала, что процесс образования электронных (куперовских) пар в сверхпроводниках на основе железа и мышьяка должен в значительной степени отличаться от уже известных механизмов, зарегистрированных в других сверхпроводниках.

К такому выводу ученые пришли, проанализировав результаты экспериментов по измерению температурной зависимости лондоновской глубины проникновения (толщины приповерхностного слоя материала, на которую распространяется внешнее магнитное поле). Вид упомянутой зависимости связан со структурой энергетической щели (энергии связи куперовской пары) сверхпроводника, и для большинства материалов он уже определен; к примеру, у «традиционных» низкотемпературных сверхпроводников эта зависимость носит экспоненциальный характер, у высокотемпературных купратных — линейный, у сверхпроводников на основе диборида магния MgB₂ — также экспоненциальный, однако для описания их свойств в широком температурном диапазоне приходится привлекать два различных значения энергетической щели (и два «сорта» пар).

В опытах исследователей из США были задействованы кристаллы вещества, в состав которого входили барий, мышьяк и железо (часть его атомов замещали атомы кобальта; результирующая химическая формула — Ba(Fe_0,93Co_0,07)2As₂). Как выяснилось, для этого материала зависимость лондоновской глубины проникновения от температуры выражается степенной функцией, причем показатель степени приблизительно равен 2,4. «Мы рассчитывали обнаружить степенную зависимость, но ни в одной серии измерений не зарегистрировали ничего подобного, — рассказывает г-н Прозоров. — Тогда мы решили попробовать образцы с разными концентрациями кобальта; на результаты это не оказало никакого влияния». Дальнейший анализ полученных данных показал, что для описания свойств подобных сверхпроводников также необходимо оперировать двумя величинами энергетической щели.

Поскольку значение лондоновской глубины проникновения связано с особенностями образования куперовских пар, открытие говорит о существовании неизученных механизмов перехода в сверхпроводящее состояние. «Свойства сверхпроводников на основе железа и мышьяка не поддаются объяснению в рамках разработанных ранее теорий, — заключает Руслан Прозоров. — Внутри них происходит нечто совершенно уникальное».

Полная версия отчета ученых опубликована в журнале Physical Review Letters; электронную версию статьи можно скачать с сайта Лаборатории Эймса.