Екзотична надпровідність у новому сплаві

Команда дослідників з Мерілендського університету створила матеріал, у якому може виникати досить незвична надпровідність. Вона базується на утворенні електронних пар зі спіном не 1/2, як у більшості надпровідників, а зі спіном 3/2.

Де з’являється надпровідність?

Надпровідність – це явище, яке дозволяє електронам, що рухаються всередині провідника, створюючи електричний струм, не зіштовхуватися з іонами у кристалічній ґратці. У звичайних провідниках такі зіткнення призводять до постійних втрат енергії.


Спонсорований показ. Cтаття продовжується після рекламного блоку.


Надпровідність характеризується нульовим електричним опором, однак отримати такі умови зазвичай можна лише за температури, близької до абсолютного нуля (-273 градуси за Цельсієм).

Куперівська пара електронів
Схематичне зображення куперівської пари електронів у кристалічній ґратці. Джерело: GSU

Пояснюється це тим, що електрони, які мають спін 1/2 вступають у взаємодію, і за участі квазічастинок фононів утворюють куперівські пари. Внаслідок цього, вони перестають взаємодіяти з атомами кристалічної ґратки. Зазвичай таке явище спостерігається у матеріалах, у яких наявний надлишок вільних електронів.

Тож від сплаву YPtBi (ітрій-платина-бісмут), у якого вільних електронів приблизно у тисячу разів менше, ніж потрібно для виникнення надпровідності, ніхто ніяких див не очікував. Але все ж за температури у 0,8 К він проявив надпровідні якості та дуже здивував вчених. Щоб перевірити, чи це дійсно надпровідність, дослідники спробували дослідити взаємодію матеріалу з магнітним полем.

Що особливого у новому матеріалі?

Усі надпровідники мають одну характерну особливість – коли вони досягають надпровідного стану, то починають витісняти з себе зовнішнє магнітне поле. Саме цим ефектом пояснюються видовищні досліди з левітацією магніту над надпровідником.

Проте біля поверхні матеріалу магнітне поле все ж занурюється на певну невелику глибину, і глибина занурення магнітного поля у матеріал має сильну залежність від температури.

Левітація магніту над надпровідником.

Для YPtBi залежність виявилася лінійною. Дослідники пояснюють це тим, що внаслідок спін-орбітальної взаємодії електрони, що знаходяться на p-орбіталях починають взаємодіяти між собою таким чином, ніби їхній спін складає не 1/2, а 3/2, а їхній орбітальний момент складається зі спіном. Такий ефект вже спостерігався у матеріалах, відомих як топологічні надпровідники, однак досі у кандидати розглядалися зовсім інші матеріали.

Інноваційність нового матеріалу полягає у тому, що раніше топологічна надпровідність спостерігалася тільки у матеріалах, що знаходяться у рідкому стані. Тепер же відкрито новий клас сплавів, що також демонструють цей тип надпровідності. Це сплави бісмуту з платиною або паладієм та рідкоземельними металами. Вони й досі недостатньо вивчені, та цілком можливо, що серед них виявляться такі, що забезпечать надпровідність за значно вищих температур.

Річ у тім, що теорія Бардіна-Купера-Шріффера, яка досі панувала у науці про надпровідність, досить погано пояснює надпровідність матеріалів при температурах на 100 градусів вище абсолютного нуля, а з топологічною надпровідністю не справляється зовсім.

Теорію, яка описувала б усі прояви надпровідності, науковцям ще доведеться створити. І в цьому, без сумніву, стануть у пригоді дослідження відкритих сплавів.

Science Advances (2018), doi: 10.1126/sciadv.aao4513

Повідомити про помилку: підкресліть текст та натисніть CTRL+Enter або
Олександр Бурлака
  • 25 записів
  • 0 дописів
Олександр займається популяризацією науки, веде блоги та працює викладачем у Харківському національному технічному університеті сільського господарства ім. Петра Василенка. Має ступінь кандидата технічних наук.

Центр налаштування приватності

Необхідні

Рекламні блоки

Статистика

Other