Сверхпроводимость, БКШ, успехи, странности и непонятности

Модераторы: morozov, mike@in-russia, Editor

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32288
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Сверхпроводимость, БКШ, успехи, странности и непонятности

Номер сообщения:#76   morozov » Вт авг 25, 2015 11:01

Спиновый эффект Холла в сверхпроводнике

В некоторых материалах конкуренция сверхпроводимости и магнетизма приводит к ряду необычных явлений, таких как сосуществование сверхпроводимости с магнетизмом в тяжелофермионых соединениях и спин-триплетные сверхтоки в ферромагнитных джозефсоновских контактах. В работе [1] японских физиков сообщается о наблюдении обратного спинового эффекта Холла в сверхпроводнике NbN с Tc = 10 К. Для этих целей была использована слоистая структура, состоящая из ферромагнитного и сверхпроводящего проводов с медным мостиком между ними (см. рис.).

Изображение

Схематическое изображение структуры ферромагнетик Ni81Fe19(Py)/металл(Cu)/сверхпроводник (NbN) из работы [1].

Инжектированный в ферромагнетик спиновый ток через медную перемычку попадал в сверхпроводник и там преобразовывался в зарядовый, но переносимый не электронами или дырками (как в обычных металлах), а сверхпроводящими квазичастицами – когерентными суперпозициями электронных и дырочных возбуждений со спином 1/2. При T < Tc холловский сигнал оказывается примерно в 2000 раз большим, чем в нормальном состоянии. Одно из возможных применений – чувствительные сверхпроводниковые датчики спиновых токов.

Л.Опенов

1. T.Wakamura et al., Nature Mater. 14, 675 (2015).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32288
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Рекордный сверхпроводник на тухлятине

Номер сообщения:#77   morozov » Ср авг 26, 2015 2:28

Рекордный сверхпроводник на тухлятине

25 августа 2015 года. ТрВ № 186, c. 11, "Новости"
Максим Борисов
Рубрика: Новости науки

Изображение

Эффект Мейснера («Википедия»)

Сероводород (H2S), знакомый нам по запаху тухлых яиц, при чрезвычайно высоком давлении в 1,5 млн атмосфер (150 ГПа) превращается в сверхпроводник, остающийся таковым при рекордно высокой температуре в 203 кельвина (–70 °С).

Соответствующая статья группы российских ученых под руководством Михаила Еремеца и Александра Дроздова, работающих в германском Институте химии Общества Макса Планка в Майнце, опубликована 17 августа 2014 года в журнале Nature [1]. Ранее, в конце 2014 года, той же группе удалось достичь температуры 190 К [2]. При этом наблюдались классические признаки сверхпроводимости — нулевое электрическое сопротивление и эффект Мейснера (выталкивание магнитного поля из сверхпроводящего образца). Подтверждения от других научных групп пока еще ожидаются.

В сопроводительной статье Игорь Мазин из Военно-морской научно-исследовательской лаборатории США в Вашингтоне описывает это открытие в качестве возможного «святого Грааля высокотемпературной сверхпроводимости», ведь в природе, в той же Антарктиде, регистрируются и более низкие температуры (ниже –89 °С).

Тут важно еще и то, что удалось освоить принципиально новый класс сверхпроводников. По всей видимости, другие соединения водорода так-же могут стать хорошими кандидатами для высокотемпературной сверхпроводимости (соединения водорода с платиной, калием, селеном или теллуром). Так, существуют прогнозы, что замена 7,5% атомов серы в сероводороде на фосфор и повышение давления до 2,5 млн атмосфер (250 ГПа) может поднять рекорд сверхпроводников вплоть до 280 K, что уже заметно выше точки замерзания воды. Можно было бы использовать и чистый водород, но в этом случае нужны труднодоступные 3–4 млн атмосфер.

До последнего времени рекорды устанавливались с помощью более экзотичных материалов, таких как медь-содержащие соединения, именуемые «купратами» [3]. Таким образом удава-лось достичь 133 К (–140 °C) при атмосферном давлении и 164 К (–109 °C) при высоких давлениях.

Новая работа вызвала немалый ажиотаж в рядах исследователей высокотемпературной сверхпроводимости. Ведь сверхпроводник, работающий при комнатной температуре, позволит резко уменьшить потери при передаче электроэнергии на дальние расстояния, а также даст мощнейший толчок к использованию сверхпроводимости в других повседневных технологиях, например в магнитах, используемых в медицинских приборах для разного рода визуализации.

Максим Борисов

1. Drozdov A. P., Eremets M. I., Troyan I. A., Ksenofontov V. & Shylin S. I. Conventional superconductivity at 203 kelvin at high pressures in the sulfur hydride system // Nature., 17 August 2015 — http://dx.doi.org/10.1038/nature14964

2. Drozdov A. P., Eremets M. I., Troyan I. A. Conventional superconductivity at 190 K at high pressures — http://arxiv.org/abs/1412.0460

3. https://en.wikipedia.org/wiki/High-temp ... nductivity

4. Superconductivity record sparks wave of follow-up physics — http://www.nature.com/news/superconduct ... cs-1.18191

5. http://www.mpg.de/9362409/supraleitung- ... -hochdruck
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32288
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Сверхпроводимость, БКШ, успехи, странности и непонятности

Номер сообщения:#78   morozov » Вт сен 22, 2015 16:23

Обычная сверхпроводимость при 203 К

После того как в 1911 г. Камерлинг-Оннес открыл сверхпроводимость ртути при Tc » 4.2 К, начался поиск сверхпроводников с более высокой Tc. Но к моменту создания в 1957 г. микроскопической теории БКШ, объяснившей эффект сверхпроводимости спариванием электронов за счет взаимодействия с фононами и бозе-конденсацией этих электронных пар, величину Tc удалось поднять лишь до » 10 К, и на этом дело застопорилось. Широкое распространение получила точка зрения, что фононный механизм в принципе не может дать Tc выше примерно 30 К из-за неустойчивости кристаллической решетки при сильном электрон-фононном взаимодействии. Не все были с этим согласны. Так, например, Гинзбург и Ашкрофт предложили поискать высокотемпературную сверхпроводимость (ВТСП) в металлическом водороде. Однако не получилось. А в 1986 г. были открыты купратные ВТСП с максимальной
Tc = 133 К. Механизм спаривания электронов в купратах, по-видимому, нефононный, за что их прозвали “необычными” сверхпроводниками. Еще один класс необычных ВТСП – пниктидов и селенидов железа – открыт в 2008 г. Хотя их Tc заметно меньше, чем у купратов, но больше максимума для “обычных” сверхпроводников с фононным механизмом спаривания (40 К в дибориде магния, 2001 г.). В итоге внимание искателей высоких Tc практически полностью переключилось с обычных сверхпроводников на необычные.

ИзображениеИзображениеИзображение

История, как известно, развивается по спирали. В области сверхпроводимости ее очередной виток пришелся на 2015 год: в работе [1] сообщается об обычной сверхпроводимости сероводорода при рекордной Tc = 203 К (хотя и при огромном давлении P » 90 ГПа). Вообще-то первая информация об этих результатах появилась еще год назад, но была представлена в форме электронного препринта, потому и отношение к ней было соответствующее – скептически-недоверчивое. Теперь же она украшает страницы престижного журнала “Nature”, славящегося не только своим огромным импакт-фактором, но и доходящей иногда до идиотизма придирчивостью рецензентов. Поскольку использованный в качестве исходного материала сероводород (H2S) при сильном сжатии разлагается с выделением элементарной серы, авторы предполагают, что за сверхпроводимость, по-видимому, ответственно соединение H3S (расчеты ab initio дают для него Tc = 190-200 К при P = 200 ГПа). Сверхпроводящий переход в [1] наблюдали как по сопротивлению, так и по намагниченности. Увеличение магнитного поля приводило к уменьшению Tc. При замене водорода на дейтерий величина Tc существенно понижалась. Этот так называемый изотопический эффект является прямым указанием на фононный механизм спаривания электронов. Таким образом, обычные сверхпроводники вернули себе первенство. Чем ответят их необычные сродственники?

По материалам заметки
“Extraordinarily conventional”, I.I.Mazin, Nature 525, 40 (2015).

1. A.P. Drozdov et al., Nature 525, 73 (2015).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32288
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Сверхпроводимость, БКШ, успехи, странности и непонятности

Номер сообщения:#79   morozov » Пт окт 30, 2015 19:56

Ультратонкие сверхпроводящие пленки Mo2C

В семье квазидвумерных материалов очередное прибавление: карбид молибдена. Используя метод химического осаждения паров, китайские физики изготовили хоть и не монослои, но чрезвычайно тонкие кристаллы Mo2С толщиной несколько нанометров (рис. 1) и поперечными размерами более 0.1 мм [1].

Следствием ионно-ковалентной связи атомов Mo и C является сочетание твердости, прочности и термической устойчивости с металлической проводимостью. Более того, в этих ультратонких пленках наблюдается сверхпроводимость, которая, впрочем, исчезает при уменьшении толщины до 3.4 нм (рис. 2). Комбинация таких пленок с другими 2D структурами может привести к созданию новых гибридных структур с необычными свойствами. Авторы отмечают, что развитая ими методика пригодна и для синтеза ультратонких слоев карбидов других переходных металлов (WC, TaC).

Изображение
Рис. 1. Схематическое изображение монослоя Mo2C (вверху)
и кристалла Mo2C толщиной 3 нм (внизу).

Изображение
Рис. 2. Температурные зависимости электросопротивления пленок Mo2C различной толщины.

Л.Опенов

1. C.Xu et al., Nature Mater. 14, 1135 (2015).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32288
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Сверхпроводимость, БКШ, успехи, странности и непонятности

Номер сообщения:#80   morozov » Пн фев 01, 2016 17:17

Необычная сверхпроводимость точечных контактов между
нормальным металлом и дираковским полуметаллом Cd3As2

Недавно было установлено, что в полуметалле Cd3As2 закон дисперсии квазичастиц линеен во всех трех направлениях импульсного пространства, то есть Cd3As2 является объемным аналогом графена. Этот дираковский полуметалл считается кандидатом в топологические сверхпроводники. Хотя сверхпроводимость в нем пока не обнаружена, тем не менее недавно в работе [1] индийские физики сообщили о наблюдении сверхпроводящего перехода в мезоскопическом точечном контакте Ag/Cd3As2 (рис. 1). Температура начала резистивного перехода составляет Tc » 6 К (рис. 2), причем увеличение магнитного поля приводит к уменьшению Tc (рис. 3).


Изображение

Рис. 1. Точечный контакт Ag/Cd3As2.
1 и 4 – токовые электроды,
2 и 3 – потенциальные электроды.

Изображение
Рис. 2. Температурные зависимости сопротивления точечного контакта Ag/Cd3As2 и (на вставке) Cd3As2.

Изображение
Рис. 3. Влияние магнитного поля на резистивный сверхпроводящий переход контакта Ag/Cd3As2.


Энергетическая щель в электронном спектре (D = 6.5 мэВ) слабо зависит от температуры и существует вплоть до T = 13 К (псевдощель). Аналогичный результат получили исследователи из Peking Univ. (Китай), исследовавшие точечные контакты W/Cd3As2 [2]. Они нашли Tc » 7 К. Анализ дифференциальных ВАХ показал, что сверхпроводимость является p-волновой.

Л.Опенов

1. L.Aggarwal et al., Nature Mater. 15, 32 (2016).
2. H.Wang et al., Nature Mater. 15, 38 (2016).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32288
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Сверхпроводимость, БКШ, успехи, странности и непонятности

Номер сообщения:#81   morozov » Чт мар 03, 2016 14:29

Сверхпроводимость металла с тяжелыми фермионами YbRh2Si2

Необычная (нефононная) сверхпроводимость многих сильнокорре-лированных металлов с тяжелыми фермионами возникает в окрестности квантовой критической точки (ККТ), отделяющей антиферромагнитную фазу от парамагнитной при Т = 0. Долгое время считалось, что соединение YbRh2Si2 является исключением: признаков сверхпроводящего перехода в нем не наблюдалось вплоть до Т = 10 мК. В работе [1] (Германия, Китай, США) сверхпроводимость YbRh2Si2 все-таки была обнаружена, хотя и при сверхнизкой температуре Тс = 2 мК. Таким образом, наличие ККТ действительно с необходимостью приводит к сверхпроводимости. Интересно, что последняя появляется в YbRh2Si2 почти одновременно с ядерным антиферромагнитным порядком (см. рис.).
Изображение
Фазовая диаграмма YbRh2Si2 в координатах Т-Н.
Здесь PM – парамагнитное состояние, AF – электронный антиферромагнетизм,
A – гибридная электрон-ядерная антиферромагнитная фаза с
преобладанием ядерного антиферромагнетизма, SC – сверхпроводящая область.
Л.Опенов

1. E.Schuberth et al., Science 351, 485 (2016).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32288
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Сверхпроводимость, БКШ, успехи, странности и непонятности

Номер сообщения:#82   morozov » Пт апр 01, 2016 13:02

сверхпроводники

Исследование эффекта Мейснера с помощью эффекта Мессбауэра в сверхпроводнике H2S при высоких давлениях


Ученые из Института кристаллографии им. А.В. Шубникова РАН, Института ядерных исследований РАН, Института элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН, а также Национального исследовательского центра “Курчатовский институт” использовали синхротронную мессбауэровскую спектроскопию для детектирования выталкивания магнитного потока из объёма сверхпроводящего сероводорода, находящегося при давлении 150 ГПа [1]. Изюминка и главная оригинальная идея работы состоит в том, что авторам удалось измерить эффект Мейснера с помощью эффекта Мессбауэра – резонансного поглощения электромагнитного излучения ядром атома. Идея метода предложена И.А. Трояном и А.Г. Гаврилюком и основана на многолетних исследованиях по эффекту Мессбауэра в отделе “Ядерных методов и магнитных структур” Института кристаллографии РАН под руководством профессора И.С. Любутина. Сотрудничество с учеными источника синхротронного излучения ID18 ESRF (г. Гренобль, Франция) и Института химии им. Макса Планка (г. Майнц, Германия) сделало возможным выполнить эти уникальные измерения.

В августе 2015 г. в журнале Nature [2] опубликованы данные измерений сопротивления и намагниченности образца сероводорода сжатого до 200 ГПа. Результаты указывают на существование сверхпроводящего состояния с рекордной температурой начала сверхпроводящего перехода порядка 200 К.

Для доказательства сверхпроводимости в каком-либо соединении необходимо обнаружить эффект Мейснера - выталкивание магнитного поля из объема сверхпроводника, то есть проявление сильного диамагнетизма ниже критической температуры. Исследования при давлениях мультимегабарного диапазона возможны только в ячейках высокого давления с алмазными наковальнями (DAC), где размеры образца составляют лишь 15-40 микрон. Магнитные свойства подобных образцов могут быть измерены с помощью SQUID устройств, однако сигнал от образца, находящегося в камере DAC, более чем на порядок меньше сигнала от материалов, из которых изготовлена камера.

Новый метод позволяет прямыми измерениями установить наличие эффекта Мейснера в сероводороде. Детектором магнитного потока является тонкая оловянная фольга, обогащённая мессбауэровским изотопом Sn-119. Фольгу размещали в рабочем объеме камеры DAC, который затем заполняли сжиженным сероводородом, охлажденным до температуры конденсации (197 К). В результате оловянная фольга оказывалась погруженной в сжиженный сероводород, сверхпроводящие свойства которого нужно было исследовать. Чтобы предотвратить химическое разложение Н2S давление в камере увеличивали до 150 ГПа при низкой температуре.

Ядра мессбауэровского изотопа Sn-119 являются высокочувcтвительными датчиками внешнего магнитного поля, однако из-за микронных размеров образца возникла необходимость использовать метод синхротронной мессбауэровской спектроскопии (резонансное ядерное рассеяние), в котором пучок излучения можно сфокусировать в пятно микронных размеров и локально измерять магнитное поле, действующее на ядра Sn-119.

Схема эксперимента представлена на рис. 1 для случая, когда внешнее магнитное поле направленно перпендикулярно поверхности образца. Если Н2S находится не в сверхпроводящем состоянии или в промежуточном (смешанном) состоянии, то магнитное поле проникает в объём образца и спиновые состояния ядер Sn-119 расщепляются магнитным полем. В спектрах резонансного ядерного рассеяния это проявляется в виде осцилляций амплитуды сигнала. При сильном сжатии оболочка оловянного датчика, состоящая из H2S, становится сверхпроводящей при понижении температуры и магнитное поле не проникает в оловянную фольгу. При этом сигнал ядерного рассеяния имеет форму экспоненциального затухания.
Изображение
Рис. 1. Схема эксперимента. Оловянная фольга окружена сжатым до давления 153 ГПа сероводородом в камере с алмазными наковальнями. Импульсное синхротронное излучение рассеивается на ядрах мессбауэровского изотопа Sn-119. Система детекторов измеряет эволюцию во времени спектров излучения ядер олова в направлении синхротронного пучка. При T > Tc во внешнем магнитном поле, направленном вдоль пучка, временные спектры показывают квантовые биения из-за магнитного расщепления ядерных уровней олова. При температурах ниже перехода H2S в сверхпроводящее состояние оловянная фольга экранирована от внешнего магнитного поля сверхпроводящим сероводородом. Расщепление ядерных уровней не происходит, и никакие магнитные квантовые биения не наблюдаются.

Камеру DAC охлаждали до температуры 5 К в отсутствие магнитного поля, а затем включали магнитное поле величиной около 0.7 Тл. После этого температуру образца начинали постепенно повышать, записывая спектр ядерного резонансного рассеяния для каждой точки. Эксперименты были выполнены для двух направлений магнитного поля – параллельно и перпендикулярно поверхности алмазных наковален (т.е. расположению образца).

В результате установлено, что сильно сжатый сероводород эффективно выталкивает магнитный поток из объёма образца до температуры 140 К при величине магнитного поля 0.7 Т. Это означает, что этот материал является сверхпроводником второго рода с высокими критическими параметрами. Необходимо отметить, что при 140 К образец еще находится в сверхпроводящем состоянии, но плотность магнитных вихрей становится высокой и, соответственно, всё большая часть оловянной фольги испытывает влияние магнитного поля. Пример на рис. 2 показывает, что небольшое магнитное поле еще выталкивается из объема образца при температурах выше 150 К, указывая, что часть образца все еще находится в сверхпроводящем состоянии.
Изображение
Рис. 2. Температурные зависимости магнитных полей на ядрах Sn-119 для двух компонент с малой (зеленый треугольник) и большой (синий треугольник) величинами поля в сверхпроводнике H2S при давлении ~ 153 ГПа во внешнем магнитном поле ~ 0.7 Т. Красная пунктирная линия – ожидаемая величина сверхтонкого магнитного поля на ядрах Sn-119 без эффекта Мейснера.

Рекордные температуры начала перехода в сверхпроводящее состояние (до 203 К), полученные ранее при измерениях сопротивления, можно объяснить эффектами перколяции, то есть возможностью протекания тока по микроскопическим сверхпроводящим каналам. Данные работы [1] убедительно доказывают, что сверхпроводимость в сероводороде носит объёмный характер.

Параллельно авторы провели точно такие же измерения для системы с датчиком Sn-119, заменив сульфид водорода на обычный водород, чтобы удостовериться в том, что сверхпроводимость возникает именно в исследуемом образце, а не в датчике. Полученные данные подтвердили эффект сверхпроводимости в H2S.

Фактически предложенный элегантный метод представляет собой прямое наблюдение эффекта Мейснера в сверхпроводниках, что до сих пор невозможно было осуществить никакой другой экспериментальной методикой.

Кроме собственно подтверждения очень высокой температуры сверхпроводящего перехода в сероводороде, данная работа чрезвычайно важна и в методическом плане. Она открывает возможность на регулярной основе проводить исследования по экранированию магнитного поля образцами сверхпроводников очень малого размера. Это важно для исследования сверхпроводимости в наноструктурах и в условиях высокого давления.

И.А. Троян, А.Г. Гаврилюк, И.С. Любутин

1. I.A. Troyan et al., Science 351, 1303 (2016).

2. A.P.Drozdov et al., Nature 525, 73 (2015).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32288
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Сверхпроводимость, БКШ, успехи, странности и непонятности

Номер сообщения:#83   morozov » Вт май 03, 2016 1:44

Необычная сверхпроводимость слоистого германида железа

Недавно в литературе появились сообщения о возможной сверхпроводимости германида железа-иттрия YFe2Ge2 при Tc ~ 1 K. Они были основаны только на измерениях сопротивления и магнитной восприимчивости, поэтому оставались сомнения: не связаны ли наблюдавшиеся сверхпроводящие аномалии с незначительным количеством какой-то неизвестной вторичной фазы, образующей замкнутые токопроводящие контуры. Английские физики научились делать очень качественные (почти однофазные) образцы YFe2Ge2 и обнаружили в них не только резкие резистивные переходы (рис. 1) и почти стопроцентное диамагнитное экранирование, но и аномалию теплоемкости (рис. 2), доказав тем самым объемный характер сверхпроводимости YFe2Ge2 с Tc = 1.8 К [1].

Изображение
Рис. 1. Температурная зависимость удельного сопротивления YFe2Ge2 в окрестности Tc = 1.8 К и в нормальном состоянии.
Изображение
Рис. 2. Температурные зависимости удельной теплоемкости и намагниченности YFe2Ge2.

Большой коэффициент Зоммерфельда (~ 100 мДж/моль×К2) указывает на сильные меж-электронные взаимодействия. Температурная зависимость удельного сопротивления имеет нефермижидкостной вид r(Т) = r0+АТ3/2. Высказано предположение о “необычном” механизме сверхпроводимости YFe2Ge2 с s±-волновым или даже триплетным спариванием. Интересно, что топология поверхности Ферми в YFe2Ge2 такая же, как в “сжатой” тетрагональной фазе KFe2As2 c Tc > 10 K, для которой тоже обсуждается s±-волновой сценарий.

Л.Опенов

1. J.Chen et al., Phys. Rev. Lett. 116, 127001 (2016).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32288
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Сверхпроводимость, БКШ, успехи, странности и непонятности

Номер сообщения:#84   morozov » Ср май 04, 2016 18:08

Сверхпроводимость атомарно тонких кристаллов MoS2

Уменьшение толщины сверхпроводящей пленки ведет к усилению квантовых и тепловых флуктуаций, нарушающих дальний сверхпроводящий порядок. В предельном случае одного монослоя сверхпроводимость оказывается либо полностью подавленной, либо возникает при гораздо более низкой, чем в объемном образце, критической температуре Тс. Эволюция Тс при уменьшении числа атомных слоев MoS2 от шести до одного изучена в работе [1]. Пленки MoS2 получали путем механического отщепления от кристалла, а сверхпроводимость в них индуцировали путем накопления свободных носителей тока до концентрации ~ 1014 см-2 в конфигурации полевого транзистора, у которого функцию одного из электродов выполняла ионная жидкость (рис. 1). Хотя по мере уменьшения числа слоев величина Тс быстро падает, но все-таки не обращается в нуль, составляя около 2 К в монослое
(рис. 2).
Изображение

Рис. 1. Накопление электронов в MoS2.

Изображение

Рис. 2. Резистивные переходы пленок MoS2
толщиной 1, 2, 3, 4 и 6 атомных слоев.
Наиболее сильное уменьшение Тс имеет место при переходе от двухслойной пленки к однослойной. Почему? Дело в том, что при использованном авторами способе допирования MoS2 электроны скапливаются в поверхностном слое толщиной около 1 нм. Это относится как к объемным образцам, так и к пленкам, но только в том случае, когда толщина последних превышает 1 нм (например, толщина бислоев MoS2 составляет 1.5 нм). А вот в монослое MoS2 для всех желающих мигрировать в него электронов просто нет места. Следовательно, его сверхпроводимость – не поверхностная, и описывать ее надо как-то по-другому.

Высокая химическая устойчивость моно- и бислоев MoS2 существенно облегчает их использование для конструирования различных вандерваальсовских гетероструктур в комбинации с другими материалами.

Л.Опенов

1. D.Costanzo et al., Nature Nanotech. 11, 339 (2016).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32288
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: успех БКШ

Номер сообщения:#85   morozov » Чт май 12, 2016 10:45

О сверхпроводимости сероводорода

Открытие сверхпроводимости сероводорода, имеющего Тс = 203 К под давлением Р = 155 ГПа [1],зародило надежду, что эра комнатнотемпературной сверхпроводимости (пусть пока в экстремальных условиях) настанет еще при нашей жизни. Устойчивая при атмосферном давлении фаза H2S с ростом Р становится метастабильной, и формируется тригидрид серы H3S, ответственный за сверхпроводимость. Расчеты показывают, что при 112 ГПа < P < 175 ГПа это соединение имеет гексагональную решетку с симметрией R3m, а при Р > 175 ГПа его структура является кубической с симметрией (рис. 1). В фазе R3m каждый атом водорода образует с ближайшими к нему атомами серы как ковалентные, так и более слабые водородные связи, длины которых различаются. При переходе в фазу происходит “симметризация” этих связей, их длины сравниваются, и атомы водорода оказываются расположенными строго посередине между атомами серы. На первый взгляд, наибольший интерес для сверхпроводимости представляет фаза R3m, поскольку именно она находится в минимуме поверхности энергии Борна-Оппенгеймера при Р = 155 ГПа, когда Тс максимальна, а фаза при таком давлении является, согласно расчетам из первых принципов, метастабильной (рентгеноструктурный анализ не различает эти фазы).

Изображение

Рис. 1. Кристаллические структуры фаз R3m и тригидрида серы. Синие и розовые шарики – атомы серы и водорода, соответственно. Сплошные линии – ковалентные связи H-S длиной d1, пунктирные линии – водородные связи H-S длиной d2 > d1.

Изображение

Рис. 2. Теоретические и экспериментальные зависимости критических температур H3S и D3S от давления.

Однако следует иметь в виду, что приведенные выше теоретические сведения о структуре H3S получены без учета квантовых эффектов. А они могут быть весьма существенными в силу малой массы атомов водорода. И действительно, принимая во внимание энергию нулевых колебаний и ангармонизм, авторы работы [2] (Испания, Франция, Великобритания, Китай, США, Италия) показали, что переход R3m ® происходит при давлении на 72 ГПа ниже, чем считалось ранее, то есть при Р = 155 ГПа тригидрид серы находится в фазе . Выполненные для этой фазы расчеты говорят о том, что ангармонизм приводит к сильной перенормировке фононных спектров и усилению электрон-фононного взаимодействия. Критические температуры H3S и D3S, найденные путем численного решения изотропных уравнений Мигдала-Элиашберга, прекрасно согласуются с экспериментом (рис. 2). Показатель степени a изотопического эффекта при замещении H ® D оказывается равным примерно 0.4. Итак, механизм сверхпроводимости H3S – однозначно фононный, в чем, собственно, мало кто сомневался.

Л.Опенов

1. A.P.Drozdov et al., Nature 525, 73 (2015).

2. I.Errea et al., Nature 532, 81 (2016).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32288
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Сверхпроводимость, БКШ, успехи, странности и непонятности

Номер сообщения:#86   morozov » Ср июл 13, 2016 17:23

Экситонная сверхпроводимость в слоистых дихалькогенидах

В металлах сверхпроводящий ток переносится куперовскими парами, которые образованы электронами, притягивающимися друг к другу за счет обмена фононами – квантами колебаний кристаллической решетки. В обычных сверхпроводниках это эффективное притяжение электронов очень слабое, и поэтому куперовские пары могут существовать только при криогенных температурах. В 70-х годах прошлого века было высказано предположение [1], что в слоистых металл-полупроводниковых гетероструктурах роль фононов могут играть экситоны, которые способны обеспечить более прочную связь электронов в куперовских парах и, соответственно, более высокие критические температуры. Однако надежных экспериментальных свидетельств существования экситонного механизма сверхпроводимости получено не было.

Изображение

Схематическое изображение гетероструктуры, предложенной в [2] для наблюдения экситонной сверхпроводимости. Атомный монослой с двумерной электронной системой (2DES) отделен тонким барьером от бислоя дихалькогенида, в котором за счет резонансной лазерной накачки формируется бозе-эйнштейновский конденсат экситонов (BEC). Вся структура расположена между двумя брэгговскими рефлекторами (DBR), которые обеспечивают сильное экситон-фотонное взаимодействие.

В работе [1] для изготовления такого рода гетероструктур предложено использовать двойной слой дихалькогенида переходного металла (например, MoSe2 или WS2), находящийся в непосредственной близости к двумерной электронной системе (2DES) (см. рис.). При этом концентрация экситонов в слое дихалькогенида регулируется резонансным лазерным излучением и может быть сделана очень большой, а туннелированию экситонов в 2DES с их последующей рекомбинацией препятствует специальный барьер. Если такая гетероструктура действительно окажется сверхпроводящей, то ее критическую температуру можно будет контролировать сугубо оптическими методами, изменяя концентрацию экситонов за счет изменения мощности лазера.

По материалам заметки “Exciton-mediated superconductivity”,
A.Kavokin, P.Lagoudakis, Nature Mater. 15, 599 (2016).

1. D.Allender et al., Phys. Rev. B 7, 1020 (1973).

2. O.Cotlet et al., Phys. Rev. B 93, 054510 (2016).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32288
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Сверхпроводимость, БКШ, успехи, странности и непонятности

Номер сообщения:#87   morozov » Пт ноя 04, 2016 2:06

Необычная сверхпроводимость допированного
топологического диэлектрика CuxBi2Se3


Концепция спонтанного нарушения симметрии является ключевой для понимания физики самых различных объектов и систем – от элементарных частиц до конденсированного вещества. Так, например, при переходе в сверхпроводящее состояние нарушается калибровочная симметрия, а в сверхпроводниках с триплетным спариванием (то есть с ненулевым спином куперовских пар) должно, согласно теории, иметь место еще и нарушение симметрии относительно поворота спина. Последнее пытались обнаружить в UPt3 и Sr2RuO4, но безуспешно.
Изображение
Рис. 1. Кристаллическая структура CuxBi2Se3.
Слева – общий вид (красным прямоугольником выделен структурный блок из пяти атомных слоев). Справа вверху – вид сверху. Справа внизу – гексагональная плоскость кристалла и направление магнитного поля относительно кристаллографических осей.

В работе [1] (Япония, Германия, Китай) представлены результаты исследования ЯМР в сверхпроводнике Cu0.3Bi2Se3 c Tc = 3.4 К, который получается путем интеркаляции меди в топологический диэлектрик Bi2Se3 (рис. 1). Обнаружена сильная зависимость ЯМР-спектров и сдвига Найта от направления магнитного поля (рис. 2, 3). Это говорит о том, что симметрия относительно поворота спина в гексагональной плоскости нарушается ниже Tс, то есть куперовские пары находятся в триплетном состоянии со спином S = 1.
Изображение
Рис. 2. Температурные зависимости сдвига Найта при перпендикулярном (a) и параллельном (b) оси c направлении магнитного поля. Горизонтальные стрелки показывают соответствующие величины сдвига Найта в Bi2Se3.

Изображение
Рис. 3. Угловая зависимость нормированного изменения (уменьшения) сдвига Найта при понижении температуры от 4 К до 1.4 К.
Л.Опенов

1. K.Matano et al., Nature Phys. 12, 852 (2016).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32288
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Сверхпроводимость, БКШ, успехи, странности и непонятности

Номер сообщения:#88   morozov » Вс ноя 06, 2016 5:08

Кристаллическая структура сверхпроводящей фазы гидрида серы

Недавно в сероводороде H2S была обнаружена высокотемпературная сверхпроводимость с критической температурой Tc > 200 К при давлении P ~ 150 ГПа [1]. Наличие изотопического эффекта (рис. 1 a, b) указывает на фононный механизм спаривания носителей. Было высказано предположение, что за сверхпроводимость ответственна фаза H3S, которая образуется при разложении H2S под давлением.

Это предположение подтверждено в работе [2] на основании данных рентгеновской дифракции от синхротронного источника. Показано, что сверхпроводящая фаза имеет объемноцентрированную кубическую решетку (R3m или I3m-3m). Экспериментально различить структуры R3m и I3m-3m, отличающиеся друг от друга только расположением атомов водорода относительно атомов серы, не удается из-за слабого рассеяния рентгеновских лучей на атомах водорода. Однако теория предсказывает для этих фаз различную зависимость Tc от давления, причем максимум Tc должен находиться вблизи перехода между ними (см. рис. 1с).
ИзображениеИзображениеИзображение
Рис. 1. a, b – Резистивные сверхпроводящие переходы гидрида серы и его дейтериевого аналога при различных давлениях;
c - Зависимости критической температуры сверхпроводящего перехода в H3S и D3S от давления
(черная и красная штриховые линии указывают границы между фазами RR3m и I3m-3m для H3S и D3S, соответственно).
Л.Опенов

1. A.P.Drozdov et al., Nature 525, 73 (2015).

2. M.Einaga et al., Nature Phys. 12, 835 (2016).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32288
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Сверхпроводимость, БКШ, успехи, странности и непонятности

Номер сообщения:#89   morozov » Пн дек 26, 2016 19:36

Сверхпроводимость висмута под давлением

В нормальных условиях висмут является полуметаллом: при понижении температуры его удельное сопротивление r уменьшается. В работе [1] изучено влияние высокого давления P £ 10.5 ГПа на температурные зависимости r монокристаллов висмута. Обнаружено, что при низких температурах r быстро увеличивается с ростом P, а при P = 2.2 ГПа на кривой r (Т) появляется минимум, и зависимость r от Т становится полупроводниковой, что особенно заметно при P » 2.5 ГПа (рис. 1). Повышение давления до P = 2.63 ГПа приводит к возникновению сверхпроводимости с критической температурой Tc = 3.9 К. Еще одна сверхпроводящая фаза с Tc = 7 К образуется при P = 2.8 ГПа (рис. 2).

Изображение

Рис. 1. Температурные зависимости r при различных давлениях.

Изображение
Рис. 2. Температурная зависимость r при Р = 2.8 ГПа.

Измерения магнитной восприимчивости подтверждают резистивные данные. Авторы объясняют полученные результаты структурными переходами Bi-I ® Bi-II при P » 2.53 ГПа и Bi-II ® Bi-III при P » 2.7 ГПа. Верхнее критическое поле Hc2 составляет » 0.1 Тл и 4.56 Тл для фаз с Tc = 3.9 К (Bi-II) и Tc = 7 К. (Bi-III), соответственно (см. фазовые диаграммы на рис. 3).

Изображение

Рис. 3. Фазовые диаграммы в координатах Нc2-Т для фаз Bi-II (a)_и Bi-III (b).

Изображение

Рис. 4. Фазовая диаграмма сверхпроводимости висмута под давлением. На вставках дана схематическая иллюстрация кристаллической структуры фаз Bi-II и Bi-III. Не удается различить, какие из фаз Bi-III, Bi-IV и Bi-V ответственны за сверхпроводимость с Tc » 7 К в диапазоне 5.1 ГПа < P < 10.5 ГПа.

В литературе сообщалось также о сверхпроводимости фазы Bi-IV с Tc » 7 К при P > 5.5 ГПа. Однако отличить эту фазу от фазы Bi-III не удалось из-за близости их Tc. Это же касается фазы Bi-V, формирующейся при Р = 6.5 ГПа. Дальнейшее увеличение P до 8.1 ГПа ведет к появлению третьей сверхпроводящей фазы Bi-VI с Tc = 8.1 К. На рис. 4 представлена суммарная фазовая диаграмма для сверхпроводящего висмута в координатах Tc-P.

Л.Опенов

1. Y.Li et al., препринт arXiv:1610.06062 (2016).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32288
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Сверхпроводимость, БКШ, успехи, странности и непонятности

Номер сообщения:#90   morozov » Чт фев 09, 2017 21:18

УФН
2017 / Февраль
← →
Обзоры актуальных проблем

Сверхпроводимость в урановых ферромагнетиках
В.П. Минеев а, б
а Институт теоретической физики им. Л.Д. Ландау, г. Черноголовка, Моск. обл.
б Commissariat a l'Energie Atomique, Grenoble, France

Представлены теоретическое описание и обзор физических свойств ферромагнитных сверхпроводящих соединений урана. На основе микроскопической теории показано, что в этих ферромагнитных металлах межэлектронное притяжение, вызванное магнитной поляризацией, приводит к формированию сверхпроводящего состояния с триплетным спариванием, и установлен вид параметра порядка, соответствующий требованиям симметрии. Теория позволяет объяснить ряд наблюдаемых свойств, включая своеобразное явление возвратной сверхпроводимости в URhGe в магнитном поле, перпендикулярном направлению спонтанной намагниченности. Обсуждается также ряд отдельных тем, относящихся к физике урановых сверхпроводящих ферромагнетиков: 1) магнитная релаксация в ферромагнетиках с локализованными и коллективизированными электронами; 2) фазовый переход в ферромагнитное состояние в ферми-жидкости и UGe2; 3) сверхпроводящее упорядочение в ферромагнитных металлах без центра инверсии.
Текст: pdf (866 Кб)
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Ответить

Вернуться в «Дискуссионный клуб / Debating-Society»