Создан новый сверхпроводник из иридия, циркония и платины с хиральной структурой

Исследователи из Токийского университета создали новый сверхпроводник с хиральной кристаллической структурой путем смешивания двух материалов: одного со сверхпроводимостью, но без хиральности, и другого с хиральностью, но без сверхпроводимости.

Новое соединение платины, иридия и циркония переходит в объемный сверхпроводник при температуре ниже 2,2 К, а с помощью рентгеновской дифракции была обнаружена хиральная кристаллическая структура. Новый подход к получению твердых растворов обещает ускорить открытие и понимание новых экзотических сверхпроводящих материалов.

Ученые, изучающие сверхпроводимость, стремятся понять, как экзотическая природа сверхпроводящих материалов обусловлена их структурой и как мы можем управлять структурой, чтобы получить желаемые свойства. Из множества аспектов структуры интересным в последнее время является вопрос хиральности. Многие структуры обладают хиральностью, то есть они не выглядят одинаково в зеркале. Эффект хиральности в сверхпроводниках вызывает так называемую асимметричную спин-орбитальную связь (ASOC) — эффект, который может сделать сверхпроводники более устойчивыми к воздействию сильного магнитного поля.

Однако для более глубокого понимания хиральности ученым необходимо больше сверхпроводников с хиральной структурой. Обычный путь — искать хиральные соединения, проверять, являются ли они сверхпроводящими или нет, промывать и повторять: это очень неэффективно. Поэтому команда из Токийского столичного университета под руководством доцента Йошикадзу Мизугучи (Yoshikazu Mizuguchi) предложила совершенно новый подход.

Вместо того чтобы прочесывать списки соединений, они смешали два соединения с известными физическими свойствами: платино-циркониевое соединение со сверхпроводимостью, но без хиральности, и иридиево-циркониевое соединение с хиральной структурой, но без сообщений о сверхпроводимости. Соединив элементы в соотношении, соответствующем определенной доле каждого соединения, они смогли эффективно «смешать и подобрать» физические свойства, получив новый материал, обладающий одновременно хиральной кристаллической структурой и сверхпроводимостью.

Сначала команда исследовала различные соотношения смесей, обнаружив, что при включении около 80% иридия доля хиральной кристаллической структуры (здесь — структура P6122 хирального соединения иридия и циркония) быстро увеличивается при комнатной температуре. Охладив образцы до низких температур, они смогли подтвердить сверхпроводимость примерно до 85%. Это оставляло небольшое окно, в котором могли проявиться оба свойства. Охладив образец до 80%, они обнаружили, что доля хиральной структуры резко возрастает. Очевидно, что их новое соединение является сверхпроводником с хиральной структурой.

Команда также подтвердила, что сверхпроводимость возникает в основной массе, а не на поверхности. Их работа демонстрирует возможности подхода «смешивай и подбирай» к созданию новых экзотических сверхпроводников, что является долгожданным и значительным толчком в поисках новых материалов и большего понимания.

03.02.2024