Высокотемпературный сверхпроводник при атмосферном давлении — купрат Hg1223, который сверхпроводит при температуре 134 К. Этот материал изучен не так хорошо, как купрат Bi2223, который легче расщепляется на однородные, легко измеряемые образцы.
В прошлом году исследователи продемонстрировали способ выращивания высококачественных кристаллов, состав и структура которых близки к составу и структуре Hg1223.
Масафуми Хорио из Токийского университета и его коллеги проанализировали эти кристаллы и обнаружили, что при изучении Bi2223 упустили деталь, которая способствует рекордным сверхпроводящим свойствам Hg1223.
Структура материалов
И Hg1223, и Bi2223 — трёхслойные купраты, то есть их элементарные ячейки включают три слоя оксида меди (CuO₂), перемежающиеся, среди прочих элементов, ртутью (в Hg1223) и висмутом (в Bi2223).
Недавно синтезированный материал (Hg,Re)1223 имеет ту же структуру, что и Hg1223, но некоторые атомы ртути заменены рением, что помогает стабилизировать соединение.
Метод исследования
Популярный метод исследования сверхпроводников — фотоэмиссионная спектроскопия с разрешением по углу (ARPES). Этот метод позволяет количественно оценить сверхпроводящую щель материала, то есть энергию связи электронных пар, которые переносят сверхток: чем шире щель, тем выше температура сверхпроводимости.
У Bi2223 внутренний слой CuO₂ имеет гораздо более широкую сверхпроводящую щель, чем внешние слои, что позволяет предположить, что свойства внутреннего слоя являются ключевыми для высокой критической температуры материала, составляющей 110 К.
Результаты исследования
Применяя ARPES к (Hg,Re)1223, Хорио и его коллеги обнаружили важное различие. Сверхпроводящая щель внутреннего слоя CuO₂ в (Hg,Re)1223 была похожа на щель в Bi2223. Но внешние слои (Hg,Re)1223 имели значительно большую щель, чем внешние слои Bi2223.
«Из нашего исследования стало ясно, что сверхпроводимость во внешнем слое — это не просто поддержка внутреннего слоя, а самостоятельный значимый фактор, определяющий температуру сверхпроводимости», — говорит Хорио.
Автор: Marric Stephens
Marric Stephens — ответственный редактор журнала Physics Magazine, базируется в Бристоле, Великобритания.