Ученые проясняют роль магнетизма в сверхпроводимости

Результаты последних экспериментов по измерению в атомарном масштабе магнитных свойств железосодержащих сверхпроводников, выполненных сотрудниками Национальной лаборатории в Окридже (ORNL) и Университета Вандербильта подвергают сомнению общепринятые представления о сверхпроводимости и магнетизме.

Работа, опубликованная в Advanced Materials, предоставила экспериментальные подтверждения того, что локальные магнитные флюктуации способны влиять на свойства материалов на основе железа, проводящих электричество без сопротивления при относительно высоких температурах.

«В прошлом, все были убеждены в невозможности сосуществования магнетизма и сверхпроводимости, — говорит первый автор статьи Клаудиа Кантони (Claudia Cantoni). — Вся концепция сверхпроводников строилась на отталкивании ими магнитных полей. Но в действительности дела обстоят несколько более сложно».

Сверхпроводимость сильно подавляется в присутствии дальнодействующего магнетизма, при котором атомы в больших объемах выравнивают свои векторы намагниченности. Исследование ORNL, тем не менее, дает основания полагать, что быстрые флюктуации локальной намагниченности могут давать другой эффект. Такая намагниченность не только присутствует, но и находится в прямой зависимости от высокой критической температуры — точки, в которой материал становится сверхпроводящим.

Как подчеркнула Кантони, если получить «моментальный снимок» локальной намагниченности, она оказывается в максимуме одновременно со сверхпроводимостью. Это показывает, что большая локальная намагниченность содействует сверхпроводимости, а не наоборот, как было принято думать.

Для проведения измерений использовались сканирующая трансмиссионная электронная микроскопия и спектроскопия характеристических потерь энергии электронами (electron energy loss spectroscopy, EELS). Другие экспериментальные методики не дают достаточно детальной информации о магнитных свойствах индивидуальных атомов.

В частности, исследователи смогли установить общее количество электронов, определяющих локальную намагниченность, и их распределение по атомным энергетическим уровням.

Мы обнаружили, что это количество остается постоянным для всех представителей данного семейства (железосодержащих сверхпроводников), — заявила Кантони. — Число электронов не меняется, меняются только их позиция и распределение по разным уровням. Именно из-за этого намагниченность варьируется для разных семейств".

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365