Высокотемпературная сверхпроводимость

Высокотемпературные сверхпроводники (Высокие T_c) в семейство материалов (сверхпроводящих керамик) с общей структурной особенностью, относительно хорошо разделёнными медно-кислородными плоскостями. Их также называют сверхпроводниками на основе купратов. Температура сверхпроводящего перехода, которая может быть достигнута в некоторых составах в этом семействе, является самой высокой среди всех известных сверхпроводников. В настоящее время рекордным значеним критической температуры T_c =135 K (под давлением T_c=165 K, -109 °C) обладает вещество HgBa₂Ca₂Cu₃O_8+x, открытое в 1993 г. С. Н. Путилиным и Е. В. Антиповым из МГУ. Нормальное (и сверхпроводящие) состояния показывают много общих особенностей между различными составами купратов; многие из этих свойств не могут быть объяснены в рамках теории БКШ. Последовательной теории сверхпроводимости в купратах в настоящее время не существует; однако, проблема привела ко многим экспериментальным и теоретическим результатам, и интерес в этой области в не только в достижении сверхпроводимости при комнатной температуре. Первое соединение из класса высокотемпературных сверхпроводящих купратов La_2-xBa_xCuO₄ открыли Карл Мюллер и Георг Беднорц в 1986 г. За это открытие в 1987 г. им была немедленно присуждена Нобелевская премия.

[править] Интерметаллиды

В 2001 году открыт сплав Mg B₂ (диборид магния) с рекордной для интерметаллидов температурой перехода в сверхпроводящее состояние Т_с= 40 К. Кристаллическая структура этого вещества представляет собой чередующиеся слои бора и слои магния. Слоистость приводит к анизотропии физических свойств, т.е. величины электрической проводимости, оптического спектра поглощения, прочности и т.д. различны в плоскости слоёв и в направлении перпендикулярном слоям. Это двухзонное соединение стало первым известным науке сверхпроводником, обладающим сразу двумя сверхпроводящими щелями (двухщелевая сверхпроводимость), что было предсказано теоретически и подтверждено экспериментально. В дырочных квазидвумерных зонах бора (σ-зонах) при переходе в сверхпроводящее состояние в спектре квазичастиц образуется щель Δ_σ (зона запрещённых энергий для одиночных электронов и дырок) со значениями примерно (10-11) мэВ при максимальных Т_с. В трёхмерных зонах магния (π-зонах) также образуется сверхпроводящая щель Δ_π с амплитудой примерно (1,5 - 3) мэВ. Таким образом, в сверхпроводящем Mg B₂ сосуществуют два сверхпроводящих конденсата: изотропный трёхмерный (от π-зон магния и двумерный дырочный локализованный в слоях бора).

Внесение примесей других атомов в Mg B₂, т.е. допирование, приводит к понижению критической температуры перехода Т_с. Судя по всему, это соединение имеет оптимизированные для сверхпроводимости характеристики от природы и не поддаётся искусственному "улучшению". При понижении Т_с от 40 К до 10 К величина малой щели Δ_π меняется слабо, а значение большой паллетный щели Δ_σ понижается вместе с критической температурой, экспериментаторы отмечают линейную связь между Т_с и Δ_σ. Характеристическое отношение теории БКШ 2Δ_σ/k_BТ_с по оценкам ведущих российских экспериментаторов находится в диапазоне 5-7, что говорит о сильном электрон-фононном взаимодействии в слоях бора и приближает Mg B₂ к купратным ВТСП.

[править] Сверхпроводящие пниктиды

В 2008 году произошло^[1]^[2] замечательное открытие нового класса сверхпроводящих соединений с высокими значениями критической температуры T_c в слоистых соединений на основе железа и элементов V группы (пниктидов) либо Se, т. н. ферропниктидов или селенидов железа. Впервые была констатировано сверхпроводящее состояние у соединений, содержащих магнитные атомы (Fe). Кристаллическая структура всех железосодержащих сверхпроводников (уже известно 6 семейств) представляет собой чередующиеся слои, в которых атомы железа окружены тетраэдром из атомов As или Se, что подавляет магнитные свойства атомов Fe. На данный момент рекордсменом по значению T_c является соединение GdOFeAs (Gd-1111), допированное фтором, который замещает кислород. Его T_c достигает 55 К.

Все железосодержащие сверхпроводники обладают многозонной структурой и квазидвумерны (проявляют анизотропию свойств в направлении поперёк плоскостей). При переходе в сверхпроводящее состояние в каждой зоне открывается собственная щель в квазичастичном спектре, что приводит к появлению как минимум двух сверхпроводящих конденсатов и многощелевой сверхпроводимости, подобной случаю Mg B₂ (диборида магния). Характеристическое отношение теории БКШ 2Δ_{большая}/k_BТ_с по оценкам российских экспериментаторов находится в диапазоне 4,6 - 6.

[править] Органические сверхпроводники

В конце 60-х в начале 70-х гг были большие надежды на синтез органических комплексов с переносом заряда (КПЗ) в например, комплексов en:TCNQ-TTF (тетрацианохинодиметан-тетратиафульвален). Однако, несмотря на синтез ряда перспективных соединений, оказалось, что сверхпроводимость в этих комплексах неустойчива даже при небольших плотностях тока.

[править] Примечания

в‘ Найдено новое семейство сверхпроводников, содержащих железо (рус.) (31.10.08). Архивировано из первоисточника 17 февраля 2012. Проверено 3 ноября 2011.
в‘ Alaska Subedi, Lijun Zhang, David J. Singh, Mao-Hua Du Density functional study of FeS, FeSe and FeTe: Electronic structure, magnetism, phonons and superconductivity (англ.). в 2008. в DOI:10.1103/PhysRevB.78.134514

[править] Ссылки

[0] в‘ Найдено новое семейство сверхпроводников, содержащих железо (рус.) (31.10.08). Архивировано из первоисточника 17 февраля 2012. Проверено 3 ноября 2011.

[1] в‘ Alaska Subedi, Lijun Zhang, David J. Singh, Mao-Hua Du Density functional study of FeS, FeSe and FeTe: Electronic structure, magnetism, phonons and superconductivity (англ.). в 2008. в DOI:10.1103/PhysRevB.78.134514

[1]

[2]

Высокотемпературная сверхпроводимость

Содержание

[править] Интерметаллиды

[править] Сверхпроводящие пниктиды

[править] Органические сверхпроводники

[править] Примечания

[править] Ссылки

Личные инструменты

Пространства имён

Варианты

Просмотры

Действия

Поиск

Навигация

Участие

Печать/экспорт

Инструменты

На других языках