Мнения Сверхпроводимость
27.01.2016 09:21:00
Александр Васильев
д.ф.-м.н. профессор заведующий кафедрой физики низких температур и сверхпроводимости МГУ им М.В. Ломоносова и руководитель проекта «Металлооксидные и полимер композитные термоэлектрики» в НИТУ «МИСиС»


Подробнее

Высокая плотность сверхпроводящего тока в магнитном состоянии FeSe

Все применения сверхпроводящих материалов предполагают сохранение состояния с нулевым сопротивлением при высоких температурах и высоких плотностях тока. Открытие высокотемпературных сверхпроводников на основе меди вызвало огромный интерес не только благодаря необычным аспектам сверхпроводимости, но и в связи с тем, что высокая температура сверхпроводящего перехода сулила новые революционные приложения при температурах, превышающих температуру кипения жидкого азота (~77 K). Ключевым моментом реализации технологического потенциала сверхпроводников является критическая плотность тока, при которой начинают двигаться линии магнитного потока (или вихри) и происходит диссипация энергии. В течение десятилетий, способы увеличения критической плотности тока опирались на создание искусственных дефектов. Из-за того, что вихри имеют нормальную сердцевину, они способны зацепляться (пинниговаться) за дефекты, где сверхпроводимость подавлена. 

Другой подход к повышению критической плотности тока опирается на собственные характеристики материалов. В частности, было высказано предположение, что сосуществование магнетизма и сверхпроводимости может оказаться полезным для закрепления вихрей. Некоторые из высокотемпературных сверхпроводников, такие как La2-xSrxCuO4 и Ba(Fe1-xCox)2As2, представляют наибольший интерес в этом плане, поскольку сверхпроводимость в них реализуется в окрестности антиферромагнитно упорядоченного состояния. Сверхпроводимость в этих материалах, однако, требует химических замен, что неизбежно сопровождается возникновением дефектов или структурного беспорядка. Это, в свою очередь, приводит к пересечению позитивных и негативных аспектов внешнего и внутреннего пиннига. Кроме того, до сих пор не ясно, сосуществует ли магнитный порядок со сверхпроводимостью на микроскопическом или макроскопическом уровнях. Тем самым, для того чтобы прояснить влияние собственного пиннинга на критическую плотность тока, необходимо было провести исследование материала, которое сверхпроводит в стехиометрическом состоянии и допускает контроль сверхпроводящего и магнитного состояния внешними воздействиями.

Бинарный высокотемпературный сверхпроводник FeSe является основным кандидатом для проверки эффектов собственного пиннинга на критическую плотность тока, поскольку критическая температура этого материала ~ 10 К может быть увеличена до 37 К путем приложения давления. Возникновение магнетизма при давлении ~ 0.8 ГПа вызывает интерес как в плане фундаментальной физики, так и практических приложений. Особенно важным представляется наблюдение критической температуры сверхпроводящего состояния в монослоях FeSe, превышающей 100 К. В настоящей работе сообщается об эволюции критической плотности тока при повышении температуры сверхпроводящего перехода в монокристалле FeSe под действием квазигидростатического давления.

Вольтамперные характеристики, также как и температурные зависимости электрического сопротивления демонстрируют резкие изменения при достижении критического давления ~ 0.8 ГПа, свыше которого методами мюонной спектроскопии было доказано возникновение антиферромагнитного состояния, сосуществующего со сверхпроводимостью. В этом состоянии, амплитуда критического тока резко возрастает. Тот факт, что приложение давления не приводит к дополнительному беспорядку, указывает на то, что собственные характеристики вещества (антиферромагнитное упорядочение) влияют на механизмы пиннинга вихрей. Две особенности на вольтамперных характеристиках определяют поведение сверхпроводника. Первая из них – критический ток депиннинга Jc – определялся по критерию 1 мкВ, когда вихри отрываются от центров пиннинга и начинают двигаться. Вторая – ток свободного магнитного потока Jf – отвечает режиму, когда вихри не замечают центров пиннинга и движутся свободно. Диаграммы критических плотностей тока, Jc и Jf, представлены на рисунке. Здесь же показаны границы существования различных кристаллографических модификаций FeSe и определена область существования антиферромагнитного состояния.

Тем самым, мы исследовали корреляции между температурой сверхпроводящего перехода и критической плотностью тока в высокотемпературном сверхпроводнике FeSe. Критический ток резко возрастает в области сосуществования магнитного и сверхпроводящего параметров порядка. Флуктуации длины когерентности сверхпроводника, обусловленные неоднородным сверхпроводящим состоянием, могут оказаться важны для дополнительного пиннинга вихрей. В сочетании с хорошо известными методами создания искусственных дефектов собственные механизмы пиннинга могут быть использованы для повышения критических характеристик сверхпроводников. Это, в свою очередь, приближает время практического использования высокотемпературной сверхпроводимости.


Критические плотности тока, Jc и Jf, в высокотемпературном сверхпроводнике FeSe

Возврат к списку


Всего 3 комментария
Комментарии к публикации экспертного мнения
  • Замечательное экспертное мнение, в котором в увлекательном и понятном для неспециалистов стиле рассказано об основном результате статьи: впервые представлены твердые доказательства того, что сосуществование сверхпроводимости и магнитного упорядочения благотворно влияет на критическую плотность тока сверхпроводников.
  • Спасибо за интересную лекцию. На сайте arxiv (http://arxiv.org/abs/1506.08190) размещен материал по высокотемпературной сверхпроводимости (при 203 К) в сероводороде H2S при сверхвысоких давлениях. Как и в случае FeSe давление играет важную роль.  Интересно было бы узнать мнение автора о данной работе и о перспективах приложения высокого давления к другим материалам для получения сверхпроводящего состояния.
    • Наверняка высокие (а точнее сверхвысокие) давления будут использоваться для получения сверхпроводящего состояния в других водородных соединениях (да и в простом водорода, который по предсказаниям теоретиков в металлическом состоянии должен быть сверхпроводником при комнатной температуре) -  в настоящее время это очень hot topic. В этих случаях давление необходимо только для перевода вещества из газообразного в твердое состояние.
Наши проекты

Последние комментарии



Яндекс.Метрика