На межі розділу двох матеріалів феромагнітне впорядкування може уживатися з надпровідність

Фізики з Массачусетського технологічного інституту (США) і Університету Аугсбурга (Німеччина) довели, що на межі розділу двох матеріалів феромагнітне впорядкування може уживатися з надпровідність.

Твердження про те, що феромагнетизм і надпровідність належать до конкуруючих типів упорядкування, багаторазово перевірялася на досвіді. Знайти підставу їх несумісності легко: найважливішою деталлю механізму надпровідності вважається, як відомо, освіта пов’язаних куперовських пар, спини частинок у яких протилежні, а обмінна взаємодія, що приводить до ферромагнетизму, прагне вибудувати електронні спини зовсім іншим чином — паралельно. Проявом антагонізму можна назвати і те, що надпровідник виштовхує магнітне поле, тоді як феромагнетик концентрує силові лінії поля в своєму обсязі.

Тим не менш вченим відомо кілька прикладів співіснування магнетизму і надпровідності. Достовірно встановлено, що цю рідкісну комбінацію властивостей демонструють деякі тривимірні надпровідні системи на зразок RuSr2GdCu2O8 і системи з важкими фермионами зразок UGe2.

Питання про те, чи можуть співіснувати два згаданих типу впорядкування в двовимірної електронній системі, залишався відкритим. Контакт двох діелектриків — алюмінату лантану LaAlO3 і титану стронцію SrTiO3 — як не можна краще підходить для дослідження такої можливості: на межі розділу цих матеріалів утворюється провідна двовимірна електронна рідина, надпровідний стан для якої було знайдене експериментально, а магнітне упорядкування — передбачене теоретично.

Перехід у надпровідний стан для структури LaAlO3/ SrTiO3 відзначався при ~120 мК (ілюстрація з журналу Nature Physics).

Зразки для своїх експериментів автори створювали методом імпульсного лазерного осадження, розмістивши на підкладці SrTiO3 з шар LaAlO3 товщиною в п’ять елементарних комірок. Магнітний момент m зразків визначався за величиною обертального моменту, рівного m × В, де В — вектор індукції зовнішнього магнітного поля. При індукції в 10 Тл досвідчена схема дозволяла зареєструвати зміни m, еквівалентні 10-13-10-12 А•м2.

Як і очікувалося, контакти SrTiO3 та LaAlO3 переходили в надпровідний стан при температурі ~120 мК. Ненульовий магнітний момент реєструвався аж до 200 К і, що більш важливо, зберігався при температурі, значно поступається 120 мК. Іншими словами, у деякому температурному діапазоні магнітне упорядкування і двовимірна надпровідність уживалися один з одним.

Варто зауважити, що ці результати були підтверджені в дослідах, виконаних науковою групою з Національної прискорювальної лабораторії SLAC (США) і Токійського університету (Японія). Тут у вимірах задіяли СКВІД-магнітометр, який також показав, що феромагнетизм і надпровідність існують спільно на межі розділу SrTiO3 та LaAlO3.

Вимірювальна схема, побудована на базі СКВІД-магнітометра (фото Steve Gladfelter).

Повні версії звітів американо-німецької та американо-японської груп опубліковані в журналі Nature Physics. Препринт статті викладений на сайті arXiv, а інший текст можна завантажити звідси.

Підготовлено за матеріалами Національної прискорювальної лабораторії SLAC.

Залишити відповідь

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