Версия для слабовидящих
Сверхпроводимость связали со спин-орбитальным взаимодействием Печать Email
Новости об инновациях
29.12.2015

Международная группа ученых, в состав которой входит химик-синтетикс Химического факультета МГУ имени Ломоносова, впервые экспериментально доказала, что в некоторых соединениях сверхпроводимость может быть связана с таким эффектом, как спин-орбитальное взаимодействие. Работа опубликована в журнале Nature Physics.

Спин-орбитальное взаимодействие — взаимодействие электрона, находящегося на своей орбитали в атоме, и его же собственного спина. Оно вносит вклад практически во все процессы, связанные с электронами в твердом теле и приводит к изменению набора возможных электронных состояний. Спин-орбитальное взаимодействие является релятивистским эффектом — заметно проявляется только при достаточно больших скоростях движения (в квантовой теории говорят об импульсе), то есть в основном в атомах тяжелых элементов. Кроме того, явление анизотропно — его величина зависит от выбора направления в кристалле.

Сверхпроводимость же, как и обычная проводимость — тоже процесс «связанный с электронами». Основным механизмом ее возникновения до недавнего времени ученые считали электрон-фононное взаимодействие — пары электронов обмениваются фононами (квазичастицами, описывающими колебания атомов в решетке), в результате чего возникает их взаимное притяжение. Такое «спаривание»оказывается энергетически выгодным, что в конечном итоге приводит к без диссипативному, то есть без потерь энергии, течению пар электронов через решетку атомов кристалла. Этот механизм — основа нобелевской теории Бардина-Купера-Шриффера (БКШ).

Верхний ряд – теоретически рассчитанные зонные структуры (зависимости разрешенной энергии электрона от его волнового вектора), нижний ряд – соответствующие экспериментальные данные, а также их вторые производные (средний ряд). Изображение: S. V. Borisenko et al. / Nature Physics, 2015

Но с открытием высокотемпературной сверхпроводимости в медно-оксидных, а затем и в железо-содержащих соединениях, теория БКШ уже не позволяла достоверно описывать экспериментально полученные данные. В результате чего ученые стали выдвигать различные ее модификации, основанные на не-фононных механизмах электронного спаривания — магнонном, экситонном, их комбинаций и многих других. Кроме того, под вопросом остается, какие эффекты в твердом теле способны влиять на сверхпроводящие свойства и как именно. В частности, для одного из открытых классов сверхпроводников — содержащих в своем составе железо — было теоретически предсказано, что на сверхпроводимость в них может влиять спин-орбитальное взаимодействие. Но до текущего момента достоверных экспериментальных доказательств этому не было.

В новой работе авторы смогли привести экспериментальные данные, показывающие, что такое влияние все же имеет место. Для этого ученые вырастили монокристаллы сверхпроводящих арсенидов железа и под разными углами снимали их спектры фотоэлектронной эмиссии. С помощью комбинации таких спектров авторы установили, каким образом меняются возможные варианты электронных состояний от направления в кристалле. Полученные данные ученые сравнивали с теоретическими расчетами, которые учитывали влияние на электронный спектр спин-орбитального взаимодействия.

Сравнение этих величин в зависимости от направления в кристалле позволило увидеть искажения, вызванные спин-орбитальным взаимодействием, и определить величину этого эффекта. Гораздо сильнее он проявлялся у сверхпроводников с наибольшей величиной так называемой «щели» в спектре электронных состояний. Ширина энергетической щели определяет критическую температуру перехода в сверхпроводящее состояние — чем больше щель, тем выше критическая температура (точная зависимость для высокотемпературных сверхпроводников варьируется от материала к материалу, из-за чего данная тенденция может нарушаться). Таким образом, ученым удалось экспериментально определить эффект, значительно влияющий на параметры сверхпроводящего перехода в арсенидах железа.

Сверхпроводники — это вещества, в которых при определенной температуре, называемой критической, электрическое сопротивление обращается в абсолютный ноль, что открывает широкие возможности применения таких материалов,например, для передачи электроэнергии без потери на нагрев проводов. Но температуры, при которых эти вещества «работают»,чересчур низкие, и требуют охлаждения жидким азотом или даже дорогостоящим жидким гелием. Попытки выяснить, как повысить критическую температуру сверхпроводников, поставили перед учеными другую задачу — определить, благодаря какому физическому механизму возникает сверхпроводимость, и какие процессы в твердом теле могут влиять на ее характеристики.

Автор: Екатерина Митрофанова

Источник - http://www.nanonewsnet.ru/news/2015/sverkhprovodimost-svyazali-so-spin-orbitalnym-vzaimodeistviem

 
Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта