Разработано второе семейство высокотемпературных сверхпроводников
Исследователи Японии и Китая разработали новое семейство высокотемпературных сверхпроводников - материалов, которые проводят электрический ток без какого-либо сопротивления при необъяснимо высоких температурах. Физики всего мира приветствуют открытие новых железо-мышьяковых соединений как важный прорыв в науке, так как другие сверхпроводники являлись лишь медно-кислородными или купратными, открытыми в 1986 году. Эти старые материалы получили Нобелевскую премию и породили всплеск исследований, однако физики до сих пор не единогласны во мнении относительно принципа работы сверхпроводников, оставляя высокотемпературную сверхпроводимость как величайшую загадку физики твердого тела. Некоторые исследователи надеются, что новые материалы помогут разрешить ее.
"Возможно, что эти материалы обеспечат понимание принципа их работы и, возможно, физика купратов станет ясной", говорит Хаи-Ху Вэн, физик из Института физики, Пекин, Китайской академии наук. Однако, Филипп Андерсон, теоретик из Принстонского университета, нобелевский лауреат, говорит, что новые сверхпроводники будут более важны, если они работают по принципу отличному от старых. "Если это действительно новый механизм, одному Богу известно, как он происходит", сказал он.
Сверхпроводимость - это лучшая природная загадка. Обычно, электроны, движущиеся в металле, теряют энергию вследствие столкновений с частицами кристаллического материала. В сверхпроводниках, электроны не претерпевают никаких потерь и просто продолжают двигаться. Это происходит потому, что при низкой заданной температуре они образуют пары. Отклонение электрона требует разрыва пары и при низких температурах недостаточно энергии для этого. Поэтому такие двойные ансамбли беспрепятственно двигаются.
В обычном сверхпроводнике пары держатся вместе посредством колебаний через основу материала из положительно заряженных ионов. Многие физики, однако, думают, что механизм не объясняет работу купратов, которые могут работать при температурах до 138 К. В них каждое соединение содержит плоскости кислорода и ионов меди, упакованных в квадратных структурах. Электроны перепрыгивают иона меди на ион меди и как-то образуют пару, хотя физики не единогласны с тем, как это происходит.
Новые материалы имеют сходство с купратами в некоторых замечательных направлениях. Они также являются многослойными материалами, однако вместо меди и кислорода, они содержат плоскости железа и мышьяка вдоль которых электроны вероятно скользят. Между плоскостями лежат элементы, такие как лантан, церий или самарий смешанные с кислородом или фтором. 23 февраля, Хидео Хосоно из Токийского технологического института и коллеги сообщили в журнале Journal of the American Chemical Society, что лантан-кислород-фтор-железо-мышьяк (LaO1-xFxFeAs) становится сверхпроводником уже при 26° К.
Затем китайские исследователи использовали эту разработку. 25 марта X.H. Chen из Университета науки и технологии, Китай, Хайфэй, сообщили, что самарий-фтор-железо-мышьяк (SmO1-xFxFeAs) проявляет сверхпроводимость уже при 43° К. Тремя днями спустя Zhong-Xian Zhao из Института физики сообщил, что празеодим-кислород-фтор-железо-мышьяк (PrO1-xFxFeAs) имеет критическую температуру 52° кельвина. 13 апреля этот автор и его группа показали, что самариевое соединение становится сверхпроводником уже при 55° К если его подвергнуть воздействию давления. Все материалы имеют схожую кристаллическую структуру и расчетами показано, что сами колебания не имеют достаточно оснований, для того, чтобы быть ответственными за такие высокие критические температуры.
Как минимум 4 разные группы в Китае, включая три группы из института физики, синтезировали новые вещества и сообщили результаты на сервере материалов еще не вышедших в печать.
Первый вопрос, приходящий на ум каждому, - работают ли новые высокотемпературные сверхпроводники по такому же принципу, как и старые. Анедерсон говорит, что они не могут, т.к. старые материалы развиваются из состояний с одним электроном на один ион меди, тогда как новые материалы развиваются из состояний с двумя электронами на ион железа. Однако Стивен Кивельсон, теоретик из Стэнфордского университета, Пало Альто, Калифорния, отмечает, что старые и новые материалы оба имеющие плоские структуры, являются изначально плохими сверхпроводниками, и демонстрируют тип магнетизма, называемый антиферромагнетизм. "Это достаточные схожие признаки того, что это хорошая рабочая гипотеза о том, что они работают по схожему механизму", сказал он.
Все единогласны в том, что новые материалы обусловят возрастающий интерес и новый шаг в синтезе высококачественных образцов, содержащих единичный чистый кристалл.
