Физики выяснили, как дефекты решётки управляют сверхпроводимостью FeSe
Новое исследование лаборатории профессора Кайла Шэня из Корнелльского университета переопределяет понимание того, что именно управляет сверхпроводимостью в железном селениде (FeSe) — одном из наиболее необычных материалов среди высокотемпературных сверхпроводников. Работа опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Сверхпроводимость — способность материала проводить электрический ток без какого-либо сопротивления — обычно наблюдается лишь при очень низких температурах. Высокотемпературные сверхпроводники делают это при значительно более высоких температурах, и понимание механизмов их работы — один из главных незакрытых вопросов современной физики конденсированного состояния.
Купол сверхпроводимости и привычная логика
В большинстве высокотемпературных сверхпроводников сила сверхпроводящего состояния описывается так называемым «куполом»: при изменении свойств материала (чаще всего — числа электронов, то есть при допировании) сверхпроводимость сначала усиливается, достигает максимума, а затем ослабевает. Считается, что форму этого купола определяет концентрация электронов.
Железный селенид долгое время оставался загадкой: он демонстрирует нетипичное поведение, которое не укладывается в стандартную картину. Именно поэтому исследователи в лаборатории Шэня разработали новый метод управления свойствами FeSe — не путём химического легирования (то есть добавления посторонних атомов), а путём осаждения атомов щелочных металлов непосредственно на поверхность кристалла с последующим измерением транспортных и спектроскопических характеристик.
Ключевой вывод: не электроны, а дефекты
Результаты оказались неожиданными. Форма купола сверхпроводимости в FeSe оказалась связана не с концентрацией электронов, а с уровнем кристаллического беспорядка — то есть с тем, насколько много дефектов и примесей нарушают идеальную периодичность решётки. Именно они создают рассеяние, то есть сопротивление, которое эффективно «давит» на сверхпроводящее состояние.
«В этом материале мы обнаружили, что купол сверхпроводимости определяется факторами, принципиально отличными от того, что наблюдается обычно», — сказал первый автор исследования Пол Малиновски, постдок в Корнелле.
По словам профессора Шэня, это «важный новый результат, который может дать много информации о природе высокотемпературной сверхпроводимости в целом».
Почему это важно за пределами одного материала
Важным оказался не универсальный эффект беспорядка, а его роль именно в FeSe. В других семействах необычных сверхпроводников главным фактором формы «купола» часто считают число электронов. Здесь доминирующим фактором стали дефекты кристаллической решётки.
Результат поможет уточнить теоретическое описание сверхпроводимости селенидов железа. Исследователи продолжают эксперименты, в которых будут отдельно менять степень беспорядка. Работа не демонстрирует сверхпроводимость при комнатной температуре.
Читайте также: Электронный маяк направляет ток в полупроводнике без электричества.
Суммарно эти результаты рисуют всё более богатую и неоднородную картину высокотемпературной сверхпроводимости, где разные материалы живут по разным правилам — и понять эти правила для каждого из них по отдельности важнее, чем искать единую теорию.
