Российские учёные открыли новые эффекты в сверхпроводниках
Исследователи Института химии твёрдого тела Уральского отделения РАН выяснили, какие процессы в сложных кислородсодержащих сверхпроводниковых материалах влияют на их критическую температуру. Результаты исследования дадут толчок к созданию новых материалов, которые, возможно, приведут к революционным изменениям во многих технических отраслях. В ходе проведенного исследования ученые установили, что температура перехода слоистых систем на основе железа в состояние сверхпроводника уменьшается почти в два раза с увеличением количества кислородных вакансий (фрагментов кристаллической решётки с отсутствующими там, где они должны быть, атомами кислорода) с 37К для стехиометрического состава до 20К для кислороддефицитных фаз.
Слоистые системы (класс веществ, обладающий высокотемпературной сверхпроводимостью) на основе железа были открыты совсем недавно. Исследования подобных сверхпроводников в последнее время развиваются очень интенсивно. Ведь учёные надеются найти такие материалы, для которых будет возможен переход в сверхпроводящее состояние при достаточно высоких температурах, что приведёт к революционным изменениям во многих отраслях, от вычислительной техники до космоса.
Такие материалы будут обладать меньшими объёмами-массой, а по свойствам — превосходить обычные сверхпроводники. В идеале ученые надеются получить сверхпроводник, работающий при комнатной температуре.
Наибольший интерес сегодня представляют сложные кислородсодержащие материалы как один из классов соединений на основе железа. В этих структурах слои из соединений железа с неметаллом разделены слоями из оксидов. Одна из наиболее интригующих черт таких сверхпроводящих материалов — кислородная нестехиометрия, то есть отклонение количественных соотношений между компонентами химических соединений, определяемых правилами. Известно, что при внесении изменений в структуру таких сверхпроводящих материалов можно влиять на величину их критической температуры. Изучив закономерности такой зависимости, можно будет синтезировать вещества с весьма высокими значениями критических температур.
Посредством теоретических вычислений исследователи изучили идеальную кислороддефицитную систему, чтобы понять, как воздействуют на её структурные и электронные свойства кислородные вакансии.
В итоге учеными было заключено, что структура и стабильность сверхпроводников зависят от положения кислородной вакансии. Так, если вакансия сформирована в позиции, которую химики называют 2с, то сохраняется первоначальная структура стехиометрического кристалла. И напротив, если вакансия в позиции, обозначаемой учёными как 4f, происходит нарушение структуры первоначальной кристаллической решётки. Поэтому, как правило, кислородные вакансии возникают в 2с-позиции, так как много 4f-вакансий сделает сверхпроводник весьма нестабильным.
Источник: www.strf.ru
