Арсенид железа – особый класс сверхпроводников

Физики из Национальной лаборатории Департамента энергетики США в г. Эймсе (Ames Labolatory) экспериментально продемонстрировали, что механизм сверхпроводимости в недавно открытых сверхпроводниках из арсенида железа является уникальным по отношению ко всем другим известным классам сверхпроводников. Это открытие совместно с потенциально хорошей способностью проводить ток благодаря низкой анизотропии может открыть дверь для многообещающих приложений в области передачи тока с нулевым сопротивлением.

Исследование, возглавляемое Русланом Прозоровым, показало, что образование электронных пар в арсениде железа весьма вероятно очень отличается от других типов известных сверхпроводников. В сверхпроводящих материалах ниже критической температуры электроны объединяются в пары, называемые куперовскими, и эти пары ведут себя идентично. Наиболее известная особенность сверхпроводников – прохождение электрического тока без сопротивления – обусловлена коллективным движением куперовских пар.

Однако сверхпроводники имеют еще одно присущее им свойство, которое отличает их от «хороших металлов», - они вытесняют слабое магнитное поле из своего объема (эффект Мейснера). В любом случае, слабое магнитное поле проникает только в узкую область поверхности сверхпроводника. Глубина этой области известна как лондоновская глубина проникновения.

«Изменение лондоновской глубины проникновения в зависимости от температуры определяется структурой энергетической щели, которая, в свою очередь, зависит от квантового механизма формирования электронных пар, - сказал Прозоров. – Лондоновская глубина проникновения является одной из основных экспериментально измеряемых величин при изучении сверхпроводников».

В обычных сверхпроводниках, включая свинец и ниобий, зависимость лондоновской глубины проникновения от температуры экспоненциальная при низких температурах. В высокотемпературных сверхпроводниках класса купраты, зависимость линейная, и в магнии дибориде зависимость также экспоненциальная, но требует двух разных энергетических щелей для объяснения данных во всем температурном диапазоне.

В противоположность этому, группа из Лаборатории Эймса обнаружила, что сверхпроводники из арсенида железа демонстрируют степенной – почти квадратичный – закон изменения глубины проникновения с температурой.

Так как лондоновская глубина проникновения связана с поведением электронных пар, полученные данные наводят на мысль, что поведение электронных пар в сверхпроводниках из арсенида железа также отлично от такового в других известных сверхпроводниках.

Вдобавок группа обнаружила, что полученные экспериментальные данные для сверхпроводников из арсенида железа могут быть объяснены только при предположении о наличии двух разных энергетических щелей. Таким образом эти сверхпроводники проявляют свойства как высокотемпературных сверхпроводников купратов, так и магния диборида.

Руслан Прозоров отметил, что уникальные свойства сверхпроводников из арсенида железа позволяют ему предполагать, что в этих материалах температура перехода в сверхпроводящее состояние может быть близка к комнатной.