Фізики зареєстрували так званий гігантський ефект близькості (ГЕБ) для купратного (містить оксид міді) надпровідника

Фізики з Інституту Пауля Шеррера (Швейцарія) і Брукхэвенской національної лабораторії (США) оригінальним способом зареєстрували так званий гігантський ефект близькості (ГЕБ) для купратного (містить оксид міді) надпровідника.

Звичайний ефект близькості, при реалізації якого куперовские пари електронів з одного надпровідного електрода можуть проникати в інший, долаючи розділяє їх тонку металеву прошарок, давно відомий.

Повідомлення про аномальному — гігантському — ефект близькості, що спостерігається на прикладі високотемпературних надпровідників і бар’єрів багато більшої товщини, з’явилися набагато пізніше, але самим фактом реєстрації цього явища зараз вже нікого не здивуєш.

Цікавою роботу американських і швейцарських фізиків робить експериментальний метод, який відрізняється від звичного. У традиційному варіанті демонстрації ГЕБ використовується тришарова структура з верхнім і нижнім електродами, виготовленими з купратного надпровідника La1,85Sr0,15CuO4 з критичною температурою переходу в надпровідний стан Тс ≈ 45 До, і бар’єром, виготовленим з La2CuO4+ δ сТ’з ≈ 25 К. Навіть при температурі, що перевищує Т’к. с, в такому «сендвічі» між електродами протікає надпровідний струм, причому товщина бар’єрного шару перевершує максимальні величини, що передбачаються теорією класичного ефекту близькості.

Проблема полягає в тому, що цей досвід не дозволяє оцінити обсяг надпровідного стану в кожному з шарів. Іншими словами, вчені не могли стверджувати, що бар’єр у всій своїй масі демонструє властивість надпровідності при несподівано високій температурі Т > Т’к. с.

У новому експерименті фіксувався не струм, а профіль магнітного поля в тришаровій структурі. Про перехід у надпровідний стан, як можна здогадатися, сигналізував ефект Мейснера — витіснення магнітного поля з об’єму провідника при зниженні температури до критичної.

Зміни торкнулися і самих «сендвічів»: в якості електродів були використані La1,84Sr0,16CuO4 з Тс ≈ 32 До, а бар’єром став La1,94Sr0,06CuO4 з дуже низькою Т’к. з ≤ 5 К. Товщина всіх трьох шарів становила 46 нм.

Розшифровку магнітної структури автори виконували за відносної новою методикою, що має назву спектроскопія обертання спина мюонів. Тут на досліджуваний зразок направляють пучок поляризованих за спину мюонів (зазвичай позитивних) — нестабільних часток з середнім часом життя в 2,2 мкс. Величина та напрям поляризації спінових частинок, що зупинилися в мішені, змінюються в часі і визначаються взаємодією магнітного моменту мюонів з магнітним полем в тій точці, де вони знаходяться. Вимірюваним параметром стає кутове розподіл позитронів розпаду, яке пов’язане з поляризацією спина ансамблю мюонів в момент розпаду.

Рис. 1. Результати вимірювання магнітного поля в центрі бар’єрного шару (чорні квадрати) і в центрі такого ж шару, що знаходиться у вільному стані (білі квадрати). У першому випадку при Т < 22 До можна зареєструвати зменшення індукції — прояв ефекту Мейснера. (Ілюстрація з журналу Nature Communications).

Помістивши тришарову структуру в магнітне поле з індукцією 9,5 мТл і змінюючи температуру, фізики стежили за тим, як буде проявлятися ефект Мейснера. Виявилося, що в усьому обсязі бар’єру цей ефект — а з ним і ГЕБ — реєструється при температурі нижче 22 К. Можна сказати, що бар’єрного матеріалу вдалося більш ніж в чотири рази збільшити свою критичну температуру.

«Я думаю, гігантський ефект близькості знайде застосування в надпровідної електроніці, — резюмує один з авторів роботи Іван Божович (Ivan Božović). — Крім того, результати його вивчення можна використовувати при побудові теорії високотемпературної надпровідності».

Рис. 2. Іван Божович поряд з установкою, на якій створюються тонкі надпровідні плівки.

Результати досліджень опубліковані в статті:

Elvezio Morenzoni, Bastian M. Wojek, Andreas Suter, Thomas Prokscha, Gennady Logvenov & Ivan Božović The Meissner effect in a strongly underdoped cuprate above its critical temperature. – Nature Communications. – doi:10.1038/ncomms1273; Published 12 April 2011.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *