Ученые МГУ выяснили, как работают неклассические сверхпроводники

Кристаллическое строение железосодержащего сверхпроводника LiFeAs. Изображение: Игорь Морозов

Международная группа ученых выяснила, что ключевую роль в сверхпроводимости железосодержащих высокотемпературных сверхпроводников (Fe-ВТСП) играет спин-орбитальное взаимодействие, то есть взаимодействие движущейся частицы с ее собственным магнитным моментом.

Результаты работы, которая опубликована в Nature Physics, позволяют приблизиться к пониманию механизма сверхпроводимости в этих новых неклассических сверхпроводниках, которые могут быть использованы для создания мощных электромоторов, магнитных томографов и фильтров для беспроводной связи. Детали исследования приводит пресс-служба МГУ.

В данном исследовании под спин-орбитальным взаимодействием подразумевается взаимодействие электронов, находящихся на атомных орбитах с собственным спином. Оно приводит к возникновению тонкой структуры энергетического спектра электрона и расщеплению спектроскопических линий атома.

Спин-орбитальное взаимодействие самым разнообразным образом влияет на физические свойства твердых тел. Благодаря ему твердое тело может стать, например, топологически нетривиальным изолятором (тип изолятора со специфической электронной структурой).

Однако в Fe-ВТСП роль спин-орбитальных взаимодействий в формировании сверхпроводящего состояния до сих пор считалась незначительной. Fe-ВТСП присуща весьма своеобразная электронная структура, которая побуждает исследователей искать механизмы спаривания, связанные со спиновыми или орбитальными флуктуациями.

В Институте физики твердого тела в Дрездене, где были созданы подходящие условия работы, химикам удалось получить монокристаллы сверхпроводящего LiFeAs высокого качества. Специалисты провели изучение этих монокристаллов методом фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением (APRES).

По словам ученых, из всех разнообразных семейств Fe-ВТСП именно LiFeAs оказался практически идеальным объектом для исследования методом ARPES. Именно детальное изучение электронного строения LiFeAs позволило обнаружить и доказать наличие спин-орбитального взаимодействия.

Сегодня с помощью этого метода ученым удалось проанализировать все основные семейства Fe-ВТСП. И везде они наблюдали значительное спин-орбитальное расщепление атомных спектров. Ученые также показали, что в области низких энергий это расщепление влияет на электронную структуру сверхпроводников сильнее, чем нематичность, которая в настоящее время рассматривается как одна из решающих причин формирования сверхпроводимости.

Полученные экспериментальные результаты позволят теоретикам сделать существенный шаг вперед в понимании природы сверхпроводимости в железосодержащих сверхпроводниках, что поможет эффективному использованию этих новых материалов на практике.
Теги:

Читать еще на Чердаке: