Самолегирование — путь к сверхпроводимости при комнатной температуре?
Шведские ученые-материаловеды из университетов Линкопина и Упсалы и Технического университета Чалмерса, в сотрудничестве с исследователями из Швейцарского источника синхротронного излучения (Swiss Synchrotron Light Source, SLS) использовали рентгеновскую спектроскопию для изучения оксида иттрия-бария-меди (YBa2Cu3O7-x, YBCO). Их заключения опубликованы в журнале Science Reports.
YBCO это хорошо известный керамический материал, который переходит в сверхпроводящее состояние при охлаждении ниже критической температуры Tc = −183 °C.
Необходимость охлаждения даже до такой, сравнительно высокой для сверхпроводника температуры, остается препятствием, которое очень желательно устранить. К сожалению механизм возникновения высокотемпературной сверхпроводимости пока изучен недостаточно. В ходе новой работы учеными было сделано открытие, способное пролить новый свет на это явление.
Особняком YBCO среди сверхпроводников ставит наличие в нем двух типов структурных единиц: параллельных плоскостей оксида меди и отдельных оксидных цепочек между ними. Предполагалось, что ток проводят плоскости, роль же цепочек оставалась под вопросом с 1987 г. когда были открыты сверхпроводящие свойства YBCO.
Используя рентгеновскую абсорбционную спектроскопию (XAS) и резонансное неупругое рассеивание рентгеновских лучей (RIXS) авторы провели измерения над YBCO при комнатной температуре и при −258 °C, что существенно ниже Tc.
Экспериментальные результаты показали, что цепочки реагируют на охлаждение, снабжая плоскости оксида меди положительными зарядами (электронными дырками). С помощью дополнительного моделирования было установлено, что это явление самолегирования сопровождается изменением медь-кислородных связей, соединяющих плоскости и цепочки.
Открытие самолегирования опрокидывает сложившиеся представления о том, что уровень легирования плоскостей медного оксида постоянен и задается при синтезе материала. Оно также потребует пересмотра результатов предыдущих экспериментов с температурными зависимостями, что подведет нас ближе к решению загадки высокотемпературной сверхпроводимости.
Далее, исследователи планируют провести более детальные измерения, чтобы выяснить происходят ли реструктуризация и перераспределение заселенности орбиталей в точности при фазовом переходе к сверхпроводимости, или же при более высокой температуре, в так называемой псевдозоне (pseudogap).