Квантовые колебания являются ключевыми в сверхпроводниках

Ученые обнаружили первое прямое свидетельство критической квантовой точки в железных пниктидах.

Новые эксперименты на недавно открытом классе сверхпроводников на основе железа — пниктидах — позволили предположить, что их электропроводность практически без сопротивления связана с магнитными свойствами электронов.

Исследования, которые провели американские и китайские физики, проливают свет на фундаментальную природу высокотемпературной сверхпроводимости.

Высокотемпературные сверхпроводники могут использоваться для реконструкции электрогенераторов, сканеров магнитно-резонансной томографии, высокоскоростных поездов и пр.

В ходе исследования ученые из университета Райс, университета Теннесси, Окриджской национальной лаборатории (ORNL), Национального института стандартов и технологий (NIST), Физического института Китайской академии физики и университета Ренмин в Пекине исследовали несколько арсеноферритовых компонентов. Эти компоненты являются беспримесным исходным веществом для железных пниктидов.

Ученые предположили, что изменение размера небольшого количества атомов в исходном веществе позволит физикам настраивать квантовые колебания вещества. Такие типы колебаний могут создавать магнитные критические квантовые точки, состояние, которое наблюдается, когда вещество или материал находятся на пике перехода от одной квантовой фазы к другой.

С помощью нейтроно-рассеивающих комплексов в NIST и ORNL ученые обстреляли материалы нейтронами, чтобы далее расшифровать их структурные и магнитные свойства. Когда атомы мышьяка заменили атомами фосфора, которые несколько меньшего размера, выяснилось, что сила магнитного порядка становится выше.

«Мы нашли первое прямое свидетельство того, что магнитная квантовая критическая точка действительно присутствует в данных материалах», сказал физик университета Райс Кимао Си.

Открытие высокотемпературной сверхпроводимости в купроксной (оксид меди) керамике в 1986 году позволило понять, что квантовые эффекты в электронных материалах оказались намного более сложными, чем ожидалось. Один из эффектов — квантовая критичность. Эффект наблюдается на пике перехода из одной фазы в другую. Многие фазовые превращения происходят вследствие температурных колебаний, например, когда лед превращается в воду. Но только не квантовая критичность и квантовые фазовые превращения! Они возникают исключительно из-за квантовых колебаний.

„Наше открытие критической квантовой точки в железных пниктидах открывает новые возможности для изучения этого класса материалов“, заявил Пенгченг Даи, специалист по нейтронному рассеиванию из университета Теннесси и ORNL.

„Исследование поддерживает гипотезу о том, что высокотемпературная сверхпроводимость в железных пниктидах происходит вследствие электронного магнетизма. Она противопоставлена обычной низкотемпературной сверхпроводимости, которая вызывается ионными колебаниями“, сообщил в заключение Си.

10.01.2010