Ученые поняли, почему некоторые сверхпроводники не подчиняются теории БКШ
Необычные сверхпроводящие свойства интерметаллического соединения галлия и молибдена выявила и объяснила исследовательская группа ученых МГУ и Физического института им. П. Н. Лебедева РАН (ФИАН), 12 февраля сообщает портал «Научная Россия» со ссылкой на пресс-службу МГУ.
Большую часть сверхпроводников можно описать с использованием теории БКШ (Бардина, Купера и Шриффера). Она хорошо описывает сверхпроводники с одной щелью и небольшим изменением теплоемкости при фазовом переходе, а также со слабым электрон-фононным взаимодействием. К таким веществам относятся металлы и интерметаллические соединения. Их сверхпроводящие свойства активно исследовались в сороковые, пятидесятые и шестидесятые годы XX века.
Руководитель исследования, заведующий кафедрой неорганической химии химфака МГУ член-корреспондент РАН Андрей Шевельков рассказал о задаче, которую поставили перед собой ученые:
«Сейчас мы пытаемся выяснить, почему существуют сверхпроводники, которые не описываются теорией БКШ. Например, двухщелевые сверхпроводники. Их известно очень мало, всего три доказанных и десяток предполагаемых. Поэтому мы не знаем, какими свойствами они обладают, как влияет наличие двух щелей. Единственный способ понять — найти их и тщательно исследовать».
Сверхпроводящая щель, один из фундаментальных энергетических параметров, характерный именно для сверхпроводников, представляет собой зазор на диаграмме их энергетического спектра (распределения электронов по энергиям).
Возможность того, что в сверхпроводящем состоянии интерметаллическое соединение галлия и молибдена Mo₈Ga₄₁ обладает двумя щелями, вызывала споры ученых в течение нескольких лет. Приводимые данные были противоречивы. А тот факт, что этот сверхпроводник из-за очень сильного электрон-фононного взаимодействия не подчиняется теории БКШ, не позволял описать его параметры и поведение.
Проведя исследования, команда ученых доказала, что в этом веществе разделены поверхностная и объемная сверхпроводимость.
«В нашей работе удалось показать, что это очень специфический однощелевой сверхпроводник, — пояснил Андрей Шевельков. — В нем сочетаются разные физические свойства: объемная и поверхностная сверхпроводимость. Поэтому при физических измерениях кажется, что в этом сверхпроводнике две щели. На самом деле одна относится к объему вещества, а другая — к его поверхности».
Чтобы это установить, ученые использовали четыре основных метода исследования. В том числе очень точный порошковый рентгенодифракционный анализ с использованием синхротронного излучения, который позволил оценить качество линий спектра и понять их особенности.
Кроме того, применялись измерения магнитных, сверхпроводящих свойств и два типа спектроскопии: ядерного магнитного резонанса и ядерного квадрупольного резонанса. Проведя анализ полученных данных, ученые поставили точку в поставленном вопросе.
Результаты комплексного исследования ученые представили в статье «Внутренняя поверхностная сверхпроводящая фаза в объемном однощелевом сверхпроводнике Mo₈Ga₄₁, наблюдаемая методами ядерного резонанса и туннельной спектроскопии», опубликованной в журнале Intermetallics.
Как пояснил Андрей Шевельков, «пока неизвестно, какое применение соединения такого типа могут найти в будущем. Однако при сочетании сверхпроводимости на поверхности и в объеме могут возникнуть интересные свойства. Например, теоретически возможно создать сверхпроводник, который будет частично выталкиваться магнитным полем, то есть объединить в одном веществе магнетизм со сверхпроводимостью».
