Физики приближаются к получению тонких слоев высокотемпературных сверхпроводников
Физики из Брукхэвенской национальной лаборатории (США) продемонстрировали, что в организованной ими сложной структуре за переход в сверхпроводящее состояние отвечает всего один слой толщиной менее нанометра.
Явление высокотемпературной сверхпроводимости в узких пленках воображает громадной интерес, потому, что состояние таких материалов возможно осуществлять контроль посредством внешнего электрического поля. «С пленками большей толщины это уже не пройдет: поле попадает только на один нанометр вглубь металла», — растолковывает один из исследователей Иван Божович (Ivan Bozovic). Многие эксперты экспериментировали с узкими купратными (содержащими оксид меди) примерами, но взять пленку для того чтобы качества, которое разрешает замечать сверхпроводимость и измерять соответствующие параметры, никому не удалось.
Авторы нашли нестандартное решение проблемы: они создали сверхпроводящую структуру из двенадцати слоев, поделённую на две равные части. Нижние слои, выполненные из соединения лантана, стронция, кислорода и меди La1,65Sr0,45CuO4, имели железные особенности, а верхние (La2CuO4) — диэлектрические. При относительно большой температуре 32 К данный материал переходил в сверхпроводящее состояние, причем нужные электроны перемещались снизу вверх, «просачиваясь» через границу раздела.
Оставалось узнать, какая часть структуры определяет характеристики всего материала. Ученым было как мы знаем, что цинк быстро ухудшает свойства купратных сверхпроводников. Решив воспользоваться этим его свойством, они изготовили пара вариантов двенадцатислойной структуры, введя маленькое количество цинка в различные слои.
Затем все образцы прошли опробования; как выяснилось, легирование цинком никак не оказало влияние на их параметры, и только в одном случае температура перехода в сверхпроводящее состояние понизилась до 18 К. В соответствующей структуре был легирован второй снизу диэлектрический слой, и как раз его исследователи признали важным за сверхпроводящие особенности.
Теоретически, как уже отмечалось выше, для требуемой концентрации электронов в отдельном слое возможно применять и внешние электрические поля. В случае если это предположение подтвердится, в распоряжении ученых окажется высокотемпературный сверхпроводник толщиной 0,66 нм.
Графическое представление экспериментальных результатов. Шесть верхних слоев — диэлектрические (Д), нижние слои — железные (М). При введении цинка во второй снизу диэлектрический слой температура перехода понижается. (Иллюстрация авторов работы.)
Напомним, что совсем сравнительно не так давно русские ученые заявили о возможности достич комнатной сверхпроводимости.