Группа физиков из Университета Вашингтона и Министерства энергетики США (DOE), похоже, открыла новую, контролируемую разновидность сверхпроводимости в экзотическом материале, похожем на кристалл, передает портал Качественный Казахстан. 

Его сверхпроводимость можно менять в зависимости от приложенной к нему деформации, вплоть до полного отключения. Одновременно с этим, по всей видимости, был побит рекорд по тому, насколько «горячим» может быть сверхпроводник с полевым эффектом, прежде чем он потеряет способность проводить электричество, не встречая никакого сопротивления.

В научной статье, опубликованной в журнале Science Advances, описывается синтетический кристаллоподобный сэндвич из ферромагнитного (европий) и сверхпроводящего материалов (арсенид железа), который демонстрирует возникающую сверхпроводимость при помещении вблизи достаточно сильного магнитного поля. Легированный кристалл EuFe2As2, а именно так называется материал из-за добавления молекул кобальта в процессе синтеза, использует преимущества сильного ферромагнетизма европия (Eu), чередующегося со сверхпроводящими слоями арсенида железа (FeAs) в конфигурации, напоминающей сэндвич.

В результате получается так называемый настраиваемый магнитным полем сверхпроводник — его сверхпроводимость можно активировать с помощью внешних магнитных полей. В случае легированного кристалла EuFe2As2 (с использованием специализированного оборудования и комбинации рентгеновских методов) исследовательская группа показала, как правильно выровненное внешнее магнитное поле уравновешивает магнитные поля, исходящие от ферромагнитных европиевых слоёв. Это позволяет переориентировать их — и как только первоначально хаотичные магнитные поля становятся параллельными сверхпроводящим, возникает состояние материи с нулевым сопротивлением.

Но у легированного кристалла EuFe2As2 есть ещё одно интересное свойство: его сверхпроводящие способности можно отключить даже в достаточно сильном магнитном поле. Всё, что для этого нужно, — деформировать материал с помощью криогенного тензорезистора — приложить давление с одной стороны (одноосное) с помощью специального промышленного поршня, сертифицированного для научных измерений. При этом изменяется степень сопротивления электронов при прохождении через него. При определённых уровнях деформации сверхпроводимость синтетического материала может быть повышена настолько, что для перехода в сверхпроводящее состояние не требуется внешнее магнитное поле. Но после определённого момента даже избыточное давление уже не позволяет запустить процесс.

Ученые из Университета Вашингтона и Министерства энергетики США столкнулись с проблемами в процессе синтеза. Они не смогли определить причину, по которой не удалось получить стабильные образцы EuFe2As2, легированного кобальтом, и вместо этого отметили “значительную вариативность образцов”, где под вариативностью понимается присутствие или отсутствие сверхпроводимости, вызванной полем. Исследователи также отметили, что проблемы, вероятно, возникли на этапе легирования кобальтом, что подчеркивает сложность контроля квантовых процессов (например, химических реакций) на уровне точности, которую требуют некоторые из этих синтетических материалов, являющихся носителями сверхпроводимости.

Мельчайшие, субатомные изменения и взаимодействия элементов - это действительно все, что нужно для превращения материала из полупроводника в сверхпроводник. Однако за этой простотой скрывается сложное взаимодействие элементов, частиц и субатомных частиц, спинов, магнитных полей и многих других параметров, которые должны быть строго такими, как требуется - или, в случае с образцами в исследовании, находиться при температуре между 4 и 10 градусами Кельвина

Такой уровень разрешения и контроля над моментом “выключения” сверхпроводимости (что то же самое, что и момент “включения”, но в особом, квантовом смысле) должен предоставить ценные данные о квантовой физике сверхпроводимости. По крайней мере, вновь открытый сверхпроводник может стать платформой для более глубокого понимания самой сверхпроводимости. Исследование указывает на возможность наблюдения молекулярного перехода от обычной материи к ее сверхпроводящей фазе и должно улучшить нашу способность контролировать этот эффект и извлекать из него дополнительную пользу. Например, это открытие может быть использовано в сверхпроводящих цепях для промышленной электроники следующего поколения.

Источник: Science Advances