stringtranslate.com

Высокотемпературная сверхпроводимость

Образец оксида висмута-стронция-кальция-меди (BSCCO), который в настоящее время является одним из самых практичных высокотемпературных сверхпроводников. Примечательно, что он не содержит редкоземельных элементов . BSCCO — это купратный сверхпроводник на основе висмута и стронция . Благодаря более высокой рабочей температуре купраты теперь становятся конкурентами более обычных сверхпроводников на основе ниобия , а также сверхпроводников на основе диборида магния .

Высокотемпературная сверхпроводимость ( high -T c или HTS ) — это сверхпроводимость в материалах с критической температурой (температурой, ниже которой материал ведет себя как сверхпроводник) выше 77 К (−196,2 °C; −321,1 °F), точки кипения жидкого азота . [1] Они являются «высокотемпературными» только по отношению к ранее известным сверхпроводникам, которые функционируют при более низких температурах, близких к абсолютному нулю. «Высокие температуры» все еще намного ниже температуры окружающей среды ( комнатной температуры ), и поэтому требуют охлаждения. Первый прорыв высокотемпературной сверхпроводимости был обнаружен в 1986 году исследователями IBM Георгом Беднорцем и К. Алексом Мюллером . [2] [3] Хотя критическая температура составляет около 35,1 К (−238,1 °C; −396,5 °F), этот новый тип сверхпроводника был легко модифицирован Чинг-У Чу , чтобы создать первый высокотемпературный сверхпроводник с критической температурой 93 К (−180,2 °C; −292,3 °F). [4] Беднорц и Мюллер были удостоены Нобелевской премии по физике в 1987 году «за важный прорыв в открытии сверхпроводимости в керамических материалах». [5] Большинство материалов с высокой T c являются сверхпроводниками II типа .

Главным преимуществом высокотемпературных сверхпроводников является то, что их можно охлаждать с помощью жидкого азота [2], в отличие от ранее известных сверхпроводников, которым требуются дорогие и сложные в обращении охладители, в первую очередь жидкий гелий . Вторым преимуществом материалов с высокой T c является то, что они сохраняют свою сверхпроводимость в более сильных магнитных полях, чем предыдущие материалы. Это важно при создании сверхпроводящих магнитов , основного применения материалов с высокой T c .

Большинство высокотемпературных сверхпроводников являются керамическими материалами, а не ранее известными металлическими материалами. Керамические сверхпроводники подходят для некоторых практических применений, но у них все еще есть много производственных проблем. Например, большинство керамик хрупкие , что делает изготовление проводов из них весьма проблематичным. [6] Однако преодоление этих недостатков является предметом значительных исследований, и прогресс продолжается. [7]

Основной класс высокотемпературных сверхпроводников — оксиды меди в сочетании с другими металлами, особенно редкоземельные оксиды бария и меди (REBCO), такие как оксид иттрия и бария и меди (YBCO). Второй класс высокотемпературных сверхпроводников в практической классификации — соединения на основе железа . [8] [9] Диборид магния иногда включают в высокотемпературные сверхпроводники: он относительно прост в изготовлении, но он сверхпроводит только ниже 39 К (−234,2 °C), что делает его непригодным для охлаждения жидким азотом.

История

Хронология открытий сверхпроводников. Справа можно увидеть температуру жидкого азота, которая обычно разделяет сверхпроводники при высоких и сверхпроводники при низких температурах. Купраты показаны как синие ромбы, а сверхпроводники на основе железа как желтые квадраты. Диборид магния и другие низкотемпературные или высоконапорные металлические сверхпроводники БКШ показаны для справки как зеленые круги.

Сверхпроводимость была открыта Камерлинг-Оннесом в 1911 году в твердом металле. С тех пор исследователи пытались наблюдать сверхпроводимость при повышении температур [10] с целью найти сверхпроводник при комнатной температуре . [11] К концу 1970-х годов сверхпроводимость наблюдалась в нескольких металлических соединениях (в частности, на основе Nb , таких как NbTi , Nb3Sn и Nb3Ge ) при температурах, которые были намного выше, чем у элементарных металлов, и которые могли даже превышать 20 К (−253,2 °C) .

В 1986 году в исследовательской лаборатории IBM недалеко от Цюриха в Швейцарии Беднорц и Мюллер искали сверхпроводимость в новом классе керамики : оксидах меди , или купратах .

Беднорц столкнулся с определенным оксидом меди, сопротивление которого упало до нуля при температуре около 35,1 К (−238 °C). [10] Их результаты вскоре были подтверждены [12] многими группами, в частности Полом Чу из Хьюстонского университета и Сёдзи Танакой из Токийского университета . [13]

В 1987 году Филипп В. Андерсон дал первое теоретическое описание этих материалов, основанное на теории резонирующей валентной связи (RVB) [14] , но полное понимание этих материалов все еще развивается сегодня. Сейчас известно, что эти сверхпроводники обладают парной симметрией d -волны [ требуется разъяснение ] . Первое предположение о том, что высокотемпературная купратная сверхпроводимость включает спаривание d -волн, было сделано в 1987 году Н. Э. Бикерсом, Дугласом Джеймсом Скалапино и Р. Т. Скалеттаром [15], за которым последовали три последующие теории в 1988 году Масахико Инуи, Себастьяном Дониахом, Питером Дж. Хиршфельдом и Андреем Э. Рукенштейном [16], использующие теорию спиновых флуктуаций, и Клавдиусом Гро , Дидье Пуальбланом, Морисом Т. Райсом и ФК. Чжан [17] и Габриэль Котляр и Цзялинь Лю, идентифицировавшие d -волновое спаривание как естественное следствие теории RVB. [18] Подтверждение d -волновой природы купратных сверхпроводников было получено с помощью различных экспериментов, включая прямое наблюдение узлов d -волн в спектре возбуждения с помощью фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешением (ARPES), наблюдение полуцелого потока в туннельных экспериментах и ​​косвенно из температурной зависимости глубины проникновения, удельной теплоемкости и теплопроводности.

По состоянию на 2021 год [19] сверхпроводником с самой высокой температурой перехода при давлении окружающей среды является купрат ртути, бария и кальция, около 133 К (−140 °C). [20] Существуют и другие сверхпроводники с более высокими зарегистрированными температурами перехода — например, супергидрид лантана при 250 К (−23 °C), но они происходят только при очень высоких давлениях. [21]

Происхождение высокотемпературной сверхпроводимости до сих пор не ясно, но, по-видимому, вместо механизмов притяжения электронов и фононов , как в обычной сверхпроводимости, мы имеем дело с подлинными электронными механизмами (например, с антиферромагнитными корреляциями), и вместо обычного, чисто s-волнового спаривания, как полагают, задействованы более экзотические симметрии спаривания ( d -волна в случае купратов; в основном расширенная s -волна, но иногда и d -волна в случае сверхпроводников на основе железа).

В 2014 году ученые из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) обнаружили доказательства того, что дробные частицы могут существовать в квазидвумерных магнитных материалах [22] , что подтверждает теорию Андерсона о высокотемпературной сверхпроводимости. [23]

Избранный список сверхпроводников

Характеристики

Класс «высокотемпературных» сверхпроводников имеет много определений.

Метка high -T c должна быть зарезервирована для материалов с критическими температурами выше точки кипения жидкого азота . Однако ряд материалов, включая первоначальное открытие и недавно открытые пниктидные сверхпроводники, имеют критические температуры ниже 77 К (−196,2 °C), но тем не менее обычно упоминаются в публикациях как класс high -T c . [30] [31]

Вещество с критической температурой выше точки кипения жидкого азота, вместе с высоким критическим магнитным полем и критической плотностью тока (выше которой сверхпроводимость разрушается), принесло бы большую пользу технологическим приложениям. В магнитных приложениях высокое критическое магнитное поле может оказаться более ценным, чем сама высокая T c . Некоторые купраты имеют верхнее критическое поле около 100 тесла. Однако купратные материалы представляют собой хрупкую керамику, которая дорога в производстве и нелегко превращается в провода или другие полезные формы. Кроме того, высокотемпературные сверхпроводники не образуют больших непрерывных сверхпроводящих доменов, а скорее кластеры микродоменов, внутри которых происходит сверхпроводимость. Поэтому они не подходят для приложений, требующих реальных сверхпроводящих токов, таких как магниты для магнитно-резонансных спектрометров. [32] Для решения этой проблемы (порошки) см. HTS wire .

Были значительные дебаты относительно высокотемпературной сверхпроводимости, сосуществующей с магнитным упорядочением в YBCO, [33] сверхпроводниках на основе железа , нескольких рутенокупратах и ​​других экзотических сверхпроводниках, и поиск других семейств материалов продолжается. HTS являются сверхпроводниками II типа , которые позволяют магнитным полям проникать внутрь их в квантованных единицах потока, что означает, что для подавления сверхпроводимости требуются гораздо более сильные магнитные поля. Слоистая структура также дает направленную зависимость отклику магнитного поля.

Все известные высокотемпературные сверхпроводники являются сверхпроводниками II типа. В отличие от сверхпроводников I типа , которые вытесняют все магнитные поля из-за эффекта Мейсснера , сверхпроводники II типа позволяют магнитным полям проникать внутрь их квантованными единицами потока, создавая «дыры» или «трубки» нормальных металлических областей в сверхпроводящем объеме, называемые вихрями . Следовательно, высокотемпературные сверхпроводники могут выдерживать гораздо более сильные магнитные поля.

Купраты

Фазовая диаграмма купратных сверхпроводников: Их можно в основном разделить на электронно-легированные ( n ) и дырочно -легированные ( p ) купраты, как и для основных моделей, описывающих полупроводники . Оба стандартных купратных сверхпроводника, YBCO и BSCCO, являются в основном дырочно-легированными . [34]

Купраты — это слоистые материалы, состоящие из сверхпроводящих слоев оксида меди , разделенных разделительными слоями. Купраты обычно имеют структуру, близкую к структуре двумерного материала. Их сверхпроводящие свойства определяются электронами, движущимися внутри слабосвязанных слоев оксида меди (CuO 2 ). Соседние слои содержат ионы, такие как лантан , барий , стронций или другие атомы, которые действуют для стабилизации структур и легирования электронов или дырок на слоях оксида меди. Нелегированные «родительские» или «материнские» соединения являются изоляторами Мотта с дальним антиферромагнитным порядком при достаточно низких температурах. Однозонные модели обычно считаются достаточными для описания электронных свойств.

Купратные сверхпроводники принимают структуру перовскита. Плоскости оксида меди представляют собой шахматные решетки с квадратами ионов O 2− с ионом Cu 2+ в центре каждого квадрата. Элементарная ячейка повернута на 45° относительно этих квадратов. Химические формулы сверхпроводящих материалов обычно содержат дробные числа для описания легирования, необходимого для сверхпроводимости. Существует несколько семейств купратных сверхпроводников, и их можно классифицировать по содержащимся в них элементам и количеству соседних слоев оксида меди в каждом сверхпроводящем блоке. Например, YBCO и BSCCO могут альтернативно называться «Y123» и Bi2201/Bi2212/Bi2223 в зависимости от количества слоев в каждом сверхпроводящем блоке ( n ). Было обнаружено, что температура сверхпроводящего перехода достигает пика при оптимальном значении легирования ( p = 0,16) и оптимальном количестве слоев в каждом сверхпроводящем блоке, обычно n = 3.

Возможные механизмы сверхпроводимости в купратах продолжают оставаться предметом значительных дискуссий и дальнейших исследований. Были выявлены некоторые аспекты, общие для всех материалов. Сходства между антиферромагнитным низкотемпературным состоянием нелегированных материалов и сверхпроводящим состоянием, которое возникает при легировании, в первую очередь орбитальным состоянием d x 2 −y 2 ионов Cu 2+ , предполагают, что электрон-электронные взаимодействия более значимы, чем электрон-фононные взаимодействия в купратах, что делает сверхпроводимость нетрадиционной. Недавние работы по поверхности Ферми показали, что гнездование происходит в четырех точках в антиферромагнитной зоне Бриллюэна , где существуют спиновые волны, и что сверхпроводящая энергетическая щель больше в этих точках. Слабые изотопные эффекты, наблюдаемые для большинства купратов, контрастируют с обычными сверхпроводниками, которые хорошо описываются теорией БКШ.

Сходства и различия свойств дырочно-легированных и электронно-легированных купратов:

Рис. 1. Поверхность Ферми двухслойного BSCCO , рассчитанная (слева) и измеренная методом ARPES (справа). Пунктирный прямоугольник представляет первую зону Бриллюэна .

Электронная структура сверхпроводящих купратов сильно анизотропна (см. кристаллическую структуру YBCO или BSCCO ). Поэтому поверхность Ферми HTSC очень близка к поверхности Ферми легированной плоскости CuO 2 (или многоплоскостной, в случае многослойных купратов) и может быть представлена ​​в двумерном обратном пространстве (или пространстве импульсов) решетки CuO 2. Типичная поверхность Ферми в первой зоне Бриллюэна CuO 2 изображена на рис. 1 (слева). Ее можно вывести из расчетов зонной структуры или измерить с помощью фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешением ( ARPES ). На рис. 1 (справа) показана поверхность Ферми BSCCO, измеренная с помощью ARPES. В широком диапазоне концентрации носителей заряда (уровня легирования), в котором дырочно-легированные HTSC являются сверхпроводящими, поверхность Ферми является дырочноподобной ( т. е. открытой, как показано на рис. 1). Это приводит к присущей плоскости анизотропии электронных свойств HTSC. В 2018 году полная трехмерная структура поверхности Ферми была получена с помощью мягкого рентгеновского ARPES. [35]

На основе железа

Фазовая диаграмма для высокотемпературных сверхпроводников на основе железа [36]

Сверхпроводники на основе железа содержат слои железа и пниктогена  — такого как мышьяк или фосфор  — или халькогена . В настоящее время это семейство со второй по величине критической температурой после купратов. Интерес к их сверхпроводящим свойствам начался в 2006 году с открытием сверхпроводимости в LaFePO при 4 К (−269,15 °C) [37] и привлек гораздо большее внимание в 2008 году после того, как было обнаружено, что аналогичный материал LaFeAs(O,F) [38] сверхпроводит при температуре до 43 К (−230,2 °C) под давлением. [39] Самые высокие критические температуры в семействе сверхпроводников на основе железа существуют в тонких пленках FeSe, [40] [41] [42] , где в 2014 году была зарегистрирована критическая температура, превышающая 100 К (−173 °C). [43]

Со времени первоначальных открытий появилось несколько семейств сверхпроводников на основе железа:

Большинство нелегированных сверхпроводников на основе железа демонстрируют тетрагонально-орторомбический структурный фазовый переход , за которым при более низкой температуре следует магнитное упорядочение, аналогичное сверхпроводникам купратов. [51] Однако они являются плохими металлами, а не изоляторами Мотта, и имеют пять зон на поверхности Ферми, а не одну. [36] Фазовая диаграмма, возникающая при легировании слоев арсенида железа, удивительно похожа, причем сверхпроводящая фаза близка к магнитной фазе или перекрывает ее. Уже появились убедительные доказательства того, что значение Tc изменяется в зависимости от углов связи As–Fe–As, и показывают, что оптимальное значение Tc получается с неискаженными тетраэдрами FeAs4 . [ 52] Симметрия волновой функции спаривания все еще широко обсуждается, но в настоящее время предпочтение отдается сценарию с расширенной s -волной.

Диборид магния

Диборид магния иногда называют высокотемпературным сверхпроводником [53] , поскольку его значение T c 39 K (−234,2 °C) выше исторически ожидаемого для сверхпроводников БКШ . Однако его обычно считают обычным сверхпроводником с самой высокой T c , причем повышенная T c обусловлена ​​наличием двух отдельных зон на уровне Ферми .

На основе углерода

В 1991 году Хебард и др. открыли сверхпроводники на основе фуллеридов [54] , в которых атомы щелочных металлов внедрены в молекулы C60 .

В 2008 году Ганин и др. продемонстрировали сверхпроводимость при температурах до 38 К (−235,2 °C) для Cs 3 C 60 . [55]

В 2010 году было высказано предположение, что графан, легированный фосфором, способен поддерживать высокотемпературную сверхпроводимость. [56]

31 декабря 2023 года в журнале «Advanced Quantum Technologies» была опубликована статья «Глобальная сверхпроводимость при комнатной температуре в графите», в которой утверждается, что была продемонстрирована сверхпроводимость при комнатной температуре и давлении окружающей среды в высокоориентированном пиролитическом графите с плотными массивами почти параллельных линейных дефектов. [57]

Никелаты

В 1999 году Анисимов и др. предположили сверхпроводимость в никелатах, предложив оксиды никеля в качестве прямых аналогов купратных сверхпроводников. [58] Сверхпроводимость в бесконечнослойном никелате Nd 0,8 Sr 0,2 NiO 2 была зарегистрирована в конце 2019 года с температурой сверхпроводящего перехода от 9 до 15 К (−264,15 и −258,15 °C). [59] [60] Эта сверхпроводящая фаза наблюдается в тонких пленках с пониженным содержанием кислорода, созданных путем импульсного лазерного осаждения Nd 0,8 Sr 0,2 NiO 3 на подложки SrTiO 3 , которые затем восстанавливаются до Nd 0,8 Sr 0,2 NiO 2 посредством отжига тонких пленок при 533–553 К (260–280 °C) в присутствии CaH 2 . [61] Сверхпроводящая фаза наблюдается только в пленке с пониженным содержанием кислорода и не наблюдается в объемном материале с пониженным содержанием кислорода той же стехиометрии, что позволяет предположить, что деформация, вызванная восстановлением кислорода в тонкой пленке Nd 0,8 Sr 0,2 NiO 2 , изменяет фазовое пространство, обеспечивая сверхпроводимость. [62] Важно также извлечь доступный водород из восстановления с помощью CaH 2 , в противном случае топотактический водород может помешать сверхпроводимости. [63]

Купраты

Структура купратов , которые являются сверхпроводниками, часто тесно связана со структурой перовскита , и структура этих соединений была описана как искаженная, кислороддефицитная многослойная структура перовскита. Одним из свойств кристаллической структуры оксидных сверхпроводников является чередующийся многослойный CuO 2 плоскостей со сверхпроводимостью, происходящей между этими слоями. Чем больше слоев CuO 2 , тем выше T c . Эта структура вызывает большую анизотропию в нормальных проводящих и сверхпроводящих свойствах, поскольку электрические токи переносятся дырками, индуцированными в кислородных участках слоев CuO 2 . Электропроводность сильно анизотропна, с гораздо более высокой проводимостью параллельно плоскости CuO 2 , чем в перпендикулярном направлении. Как правило, критические температуры зависят от химического состава, замещения катионов и содержания кислорода. Их можно классифицировать как суперполосы ; т.е. частные реализации сверхрешеток на атомном пределе, состоящие из сверхпроводящих атомных слоев, проволок, точек, разделенных спейсерными слоями, что дает многозонную и многощелевую сверхпроводимость.

Купрат иттрия-бария

Элементарная ячейка для купрата бария и иттрия (YBCO)

Купрат иттрия-бария, YBa 2 Cu 3 O 7−x (или Y123), был первым сверхпроводником, обнаруженным выше точки кипения жидкого азота . На каждый атом иттрия приходится два атома бария. Пропорции трех различных металлов в сверхпроводнике YBa 2 Cu 3 O 7 находятся в молярном соотношении 1 к 2 к 3 для иттрия к барию к меди соответственно: этот конкретный сверхпроводник также часто называют сверхпроводником 123.

Элементарная ячейка YBa 2 Cu 3 O 7 состоит из трех элементарных ячеек перовскита, которая является псевдокубической, почти орторомбической . Другие сверхпроводящие купраты имеют другую структуру: они имеют тетрагональную ячейку. Каждая ячейка перовскита содержит атом Y или Ba в центре: Ba в нижней элементарной ячейке, Y в средней и Ba в верхней элементарной ячейке. Таким образом, Y и Ba укладываются в последовательности [Ba–Y–Ba] вдоль оси c. Все угловые позиции элементарной ячейки заняты Cu, которая имеет две различные координации, Cu(1) и Cu(2), по отношению к кислороду. Существует четыре возможных кристаллографических позиции для кислорода: O(1), O(2), O(3) и O(4). [64] Координационные полиэдры Y и Ba по отношению к кислороду различны. Утроение элементарной ячейки перовскита приводит к девяти атомам кислорода, тогда как YBa 2 Cu 3 O 7 имеет семь атомов кислорода и, следовательно, называется структурой перовскита с дефицитом кислорода. Структура имеет укладку различных слоев: (CuO)(BaO)(CuO 2 )(Y)(CuO 2 )(BaO)(CuO). Одной из ключевых особенностей элементарной ячейки YBa 2 Cu 3 O 7−x (YBCO) является наличие двух слоев CuO 2 . Роль плоскости Y заключается в том, чтобы служить прокладкой между двумя плоскостями CuO 2 . Известно, что в YBCO цепи Cu–O играют важную роль для сверхпроводимости. T c максимальна вблизи 92 К (−181,2 °C), когда x  ≈ 0,15, а структура является орторомбической. Сверхпроводимость исчезает при x  ≈ 0,6, где происходит структурное преобразование YBCO из орторомбической в ​​тетрагональную. [65]

Другие купраты

Кристаллическая решетка купрата висмута и стронция ( БСКС )

Приготовление других купратов сложнее, чем приготовление YBCO. Они также имеют другую кристаллическую структуру: они тетрагональные , тогда как YBCO является орторомбическим . Проблемы в этих сверхпроводниках возникают из-за существования трех или более фаз, имеющих схожую слоистую структуру. Более того, кристаллическая структура других протестированных купратных сверхпроводников очень похожа. [66] Как и в YBCO, в этих сверхпроводниках также присутствуют особенности типа перовскита и наличие простых слоев оксида меди (CuO 2 ). Однако, в отличие от YBCO, в этих сверхпроводниках нет цепочек Cu–O. Сверхпроводник YBCO имеет орторомбическую структуру, тогда как другие высокотемпературные сверхпроводники имеют тетрагональную структуру.

Существует три основных класса сверхпроводящих купратов: на основе висмута, на основе таллия и на основе ртути.

Вторым купратом по практической значимости в настоящее время является BSCCO , соединение Bi–Sr–Ca–Cu–O . Содержание висмута и стронция создает некоторые химические проблемы. Он имеет три сверхпроводящие фазы, образующие гомологический ряд как Bi 2 Sr 2 Ca n −1 Cu n O 4+2 n + x ( n = 1, 2 и 3). Эти три фазы — Bi-2201, Bi-2212 и Bi-2223, имеющие температуры перехода 20 К (−253,2 °C), 85 К (−188,2 °C) и 110 К (−163 °C) соответственно, где система нумерации представляет собой число атомов для Bi Sr, Ca и Cu соответственно. [67] Две фазы имеют тетрагональную структуру, которая состоит из двух сдвинутых кристаллографических элементарных ячеек. Элементарная ячейка этих фаз имеет двойные плоскости Bi–O, которые уложены таким образом, что атом Bi одной плоскости находится под атомом кислорода следующей последовательной плоскости. Атом Ca образует слой внутри слоев CuO 2 как в Bi-2212, так и в Bi-2223; в фазе Bi-2201 слоя Ca нет. Три фазы отличаются друг от друга количеством купратных плоскостей; фазы Bi-2201, Bi-2212 и Bi-2223 имеют одну, две и три плоскости CuO 2 соответственно. Постоянные решетки оси c этих фаз увеличиваются с количеством купратных плоскостей (см. таблицу ниже). Координация атома Cu различна в трех фазах. Атом Cu образует октаэдрическую координацию относительно атомов кислорода в фазе 2201, тогда как в 2212 атом Cu окружен пятью атомами кислорода в пирамидальном расположении. В структуре 2223 Cu имеет две координации относительно кислорода: один атом Cu связан с четырьмя атомами кислорода в квадратной плоской конфигурации, а другой атом Cu координирован с пятью атомами кислорода в пирамидальной конфигурации. [68]

Купрат Tl–Ba–Ca: Первая серия сверхпроводника на основе Tl, содержащая один слой Tl–O, имеет общую формулу TlBa 2 Ca n −1 Cu n O 2 n +3 , [69] тогда как вторая серия, содержащая два слоя Tl–O, имеет формулу Tl 2 Ba 2 Ca n −1 Cu n O 2 n +4 с n  = 1, 2 и 3. В структуре Tl 2 Ba 2 CuO 6 (Tl-2201) имеется один слой CuO 2 с последовательностью укладки (Tl–O) (Tl–O) (Ba–O) (Cu–O) (Ba–O) (Tl–O) (Tl–O). В Tl 2 Ba 2 CaCu 2 O 8 (Tl-2212) имеется два слоя Cu–O со слоем Ca между ними. Подобно структуре Tl 2 Ba 2 CuO 6 , слои Tl–O присутствуют снаружи слоев Ba–O. В Tl 2 Ba 2 Ca 2 Cu 3 O 10 (Tl-2223) имеется три слоя CuO 2 , заключающих слои Ca между каждым из них. В сверхпроводниках на основе Tl обнаружено, что T c увеличивается с увеличением слоев CuO 2 . Однако значение T c уменьшается после четырех слоев CuO 2 в TlBa 2 Ca n −1 Cu n O 2 n +3 , а в соединении Tl 2 Ba 2 Ca n −1 Cu n O 2 n +4 оно уменьшается после трех слоев CuO 2 . [70]

Купрат Hg–Ba–Ca Кристаллическая структура HgBa 2 CuO 4 (Hg-1201), [71] HgBa 2 CaCu 2 O 6 (Hg-1212) и HgBa 2 Ca 2 Cu 3 O 8 (Hg-1223) похожа на структуру Tl-1201, Tl-1212 и Tl-1223, с Hg вместо Tl. Примечательно, что T c соединения Hg (Hg-1201), содержащего один слой CuO 2 , намного больше по сравнению с соединением таллия с одним слоем CuO 2 (Tl-1201). В сверхпроводнике на основе Hg также обнаружено, что T c увеличивается с увеличением слоя CuO 2 . Для Hg-1201, Hg-1212 и Hg-1223 значения T c составляют 94, 128 и рекордное значение при давлении окружающей среды 134 К (−139 °C), [72] соответственно, как показано в таблице ниже. Наблюдение, что T c Hg-1223 увеличивается до 153 К (−120 °C) под высоким давлением, указывает на то, что T c этого соединения очень чувствительна к структуре соединения. [73]

Подготовка и изготовление

Самый простой метод приготовления керамических сверхпроводников — это твердотельная термохимическая реакция, включающая смешивание, прокаливание и спекание . Соответствующие количества исходных порошков, обычно оксидов и карбонатов, тщательно перемешиваются с помощью шаровой мельницы . Процессы химии растворов, такие как соосаждение , сушка вымораживанием и золь-гель методы, являются альтернативными способами приготовления однородной смеси. Эти порошки прокаливаются в диапазоне температур от 1070 до 1220 К (от 800 до 950 °C) в течение нескольких часов. Порошки охлаждаются, повторно измельчаются и снова прокаливаются. Этот процесс повторяется несколько раз, чтобы получить однородный материал. Затем порошки прессуются в гранулы и спекаются. Среда спекания, такая как температура, время отжига, атмосфера и скорость охлаждения, играют очень важную роль в получении хороших сверхпроводящих материалов с высокой T c . Соединение YBa 2 Cu 3 O 7− x получают путем прокаливания и спекания однородной смеси Y 2 O 3 , BaCO 3 и CuO в соответствующем атомном соотношении. Прокаливание проводят при температуре от 1070 до 1220 К (от 800 до 950 °C), тогда как спекание проводят при температуре 1220 К (950 °C) в атмосфере кислорода. Стехиометрия кислорода в этом материале имеет решающее значение для получения сверхпроводящего соединения YBa 2 Cu 3 O 7− x . Во время спекания образуется полупроводниковое тетрагональное соединение YBa 2 Cu 3 O 6 , которое при медленном охлаждении в атмосфере кислорода превращается в сверхпроводящее YBa 2 Cu 3 O 7− x . Поглощение и потеря кислорода обратимы в YBa 2 Cu 3 O 7 −x . Полностью насыщенный кислородом орторомбический образец YBa 2 Cu 3 O 7− x может быть преобразован в тетрагональный YBa 2 Cu 3 O 6 путем нагревания в вакууме при температуре выше 973 К (700 °C). [65]

Приготовление сверхпроводников с высокой T c на основе Bi, Tl и Hg сложнее, чем приготовление YBCO. Проблемы в этих сверхпроводниках возникают из-за существования трех или более фаз, имеющих схожую слоистую структуру. Таким образом, во время синтеза возникают синтаксические срастания и дефекты, такие как дефекты упаковки, и становится трудно выделить одну сверхпроводящую фазу. Для Bi–Sr–Ca–Cu–O относительно просто приготовить фазу Bi-2212 ( T c  ≈ 85 K), тогда как приготовить одну фазу Bi-2223 ( T c  ≈ 110 K) очень сложно. Фаза Bi-2212 появляется только после нескольких часов спекания при 1130–1140 К (860–870 °C), но большая часть фазы Bi-2223 образуется после длительного времени реакции, более недели, при 1140 К (870 °C). [68] Хотя было обнаружено, что замещение Pb в соединении Bi–Sr–Ca–Cu–O способствует росту фазы с высокой Tc , [ 74] все еще требуется длительное время спекания.

Текущие исследования

Вопрос о том, как возникает сверхпроводимость в высокотемпературных сверхпроводниках, является одной из главных нерешенных проблем теоретической физики конденсированных сред . Механизм, который заставляет электроны в этих кристаллах образовывать пары, неизвестен. Несмотря на интенсивные исследования и множество многообещающих зацепок, объяснение до сих пор ускользает от ученых. Одна из причин этого заключается в том, что рассматриваемые материалы, как правило, представляют собой очень сложные многослойные кристаллы (например, BSCCO ), что затрудняет теоретическое моделирование.

Улучшение качества и разнообразия образцов также приводит к значительным исследованиям, как с целью улучшения характеристик физических свойств существующих соединений, так и синтеза новых материалов, часто с надеждой на увеличение T c . Технологические исследования сосредоточены на создании материалов HTS в достаточных количествах, чтобы сделать их использование экономически выгодным [75], а также на оптимизации их свойств по отношению к приложениям . [76] Металлический водород был предложен в качестве сверхпроводника при комнатной температуре, некоторые экспериментальные наблюдения обнаружили возникновение эффекта Мейсснера . [77] [78] LK-99, легированный медью свинцовый апатит , также был предложен в качестве сверхпроводника при комнатной температуре.

Теоретические модели

Было две репрезентативные теории для высокотемпературной или нетрадиционной сверхпроводимости . Во-первых, теория слабой связи предполагает, что сверхпроводимость возникает из антиферромагнитных спиновых флуктуаций в легированной системе. [79] Согласно этой теории, волновая функция спаривания купратного ВТСП должна иметь симметрию d x 2 -y 2 . Таким образом, определение того, имеет ли волновая функция спаривания симметрию d -волны, необходимо для проверки механизма спиновой флуктуации. То есть, если параметр порядка ВТСП (волновая функция спаривания, как в теории Гинзбурга-Ландау ) не имеет симметрии d -волны, то механизм спаривания, связанный со спиновыми флуктуациями, можно исключить. (Аналогичные аргументы можно привести для сверхпроводников на основе железа, но различные свойства материала допускают другую симметрию спаривания.) Во-вторых, была модель межслойной связи , согласно которой слоистая структура, состоящая из сверхпроводников типа БКШ ( симметрия s -волны), может сама по себе усиливать сверхпроводимость. [80] Вводя дополнительное туннельное взаимодействие между каждым слоем, эта модель успешно объяснила анизотропную симметрию параметра порядка, а также возникновение ВТСП. Таким образом, для решения этой нерешенной проблемы было проведено множество экспериментов, таких как фотоэмиссионная спектроскопия , ЯМР , измерения удельной теплоемкости и т. д. До настоящего времени результаты были неоднозначными, некоторые отчеты поддерживали симметрию d для ВТСП, тогда как другие поддерживали симметрию s . Эта запутанная ситуация, возможно, возникла из-за косвенного характера экспериментальных данных, а также экспериментальных проблем, таких как качество образца, рассеяние примесей, двойникование и т. д.

Это резюме делает неявное предположение : сверхпроводящие свойства можно рассматривать с помощью теории среднего поля . Оно также не упоминает, что в дополнение к сверхпроводящей щели существует вторая щель, псевдощель . Купратные слои являются изолирующими, а сверхпроводники легированы межслойными примесями, чтобы сделать их металлическими. Температура сверхпроводящего перехода может быть максимизирована путем изменения концентрации легирующей примеси . Простейшим примером является La2CuO4 , который состоит из чередующихся слоев CuO2 и LaO, которые являются изолирующими в чистом виде. Когда 8% La заменяется на Sr, последний действует как легирующая примесь, внося дырки в слои CuO2 и делая образец металлическим. Примеси Sr также действуют как электронные мостики, обеспечивая межслоевую связь. Исходя из этой картины, некоторые теории утверждают, что основным парным взаимодействием по-прежнему является взаимодействие с фононами , как в обычных сверхпроводниках с куперовскими парами . В то время как нелегированные материалы являются антиферромагнитными, даже несколько процентов примесных легирующих добавок вносят меньшую псевдощель в плоскости CuO 2 , что также вызвано фононами. Щель уменьшается с увеличением носителей заряда, и по мере приближения к сверхпроводящей щели последняя достигает своего максимума. Затем утверждается, что причина высокой температуры перехода связана с перколяционным поведением носителей — носители следуют по зигзагообразным перколяционным путям, в основном в металлических доменах в плоскостях CuO 2 , пока не будут заблокированы стенками доменов волны зарядовой плотности , где они используют легирующие мостики для перехода в металлический домен соседней плоскости CuO 2 . Максимумы температуры перехода достигаются, когда решетка хозяина имеет слабые силы изгиба связей, которые создают сильные электрон-фононные взаимодействия в межслоевых легирующих добавках. [81]

D-симметрия в YBCO

Маленький магнит, парящий над высокотемпературным сверхпроводником, охлаждаемым жидким азотом : это случай эффекта Мейснера .

Эксперимент, основанный на квантовании потока трехзеренного кольца YBa 2 Cu 3 O 7 (YBCO), был предложен для проверки симметрии параметра порядка в ВТСП. Симметрию параметра порядка лучше всего можно было бы исследовать на интерфейсе перехода, когда куперовские пары туннелируют через переход Джозефсона или слабую связь. [82] Ожидалось, что полуцелый поток, то есть спонтанная намагниченность, может возникнуть только для перехода сверхпроводников с d- симметрией. Но даже если эксперимент с переходом является самым сильным методом определения симметрии параметра порядка ВТСП, результаты были неоднозначными. Джон Р. Киртли и К. К. Цуэй считали, что неоднозначные результаты были получены из-за дефектов внутри ВТСП, поэтому они разработали эксперимент, в котором одновременно рассматривались как чистый предел (без дефектов), так и грязный предел (максимальные дефекты). [83] В эксперименте спонтанная намагниченность четко наблюдалась в YBCO, что подтверждало d -симметрию параметра порядка в YBCO. Но, поскольку YBCO является орторомбическим, он может изначально иметь примесь симметрии s . Таким образом, настраивая свою технику дальше, они обнаружили, что в YBCO была примесь симметрии s в пределах около 3%. [84] Кроме того, они обнаружили, что в тетрагональном Tl 2 Ba 2 CuO 6 была чистая симметрия параметра порядка d x 2 −y 2 . [85]

Механизм спин-флуктуации

Несмотря на все эти годы, механизм сверхпроводимости с высокой температурой T c все еще остается весьма спорным, в основном из-за отсутствия точных теоретических расчетов для таких сильно взаимодействующих электронных систем. Однако большинство строгих теоретических расчетов, включая феноменологические и диаграммные подходы, сходятся на магнитных флуктуациях как механизме спаривания для этих систем. Качественное объяснение следующее:

В сверхпроводнике поток электронов не может быть разделен на отдельные электроны, а вместо этого состоит из множества пар связанных электронов, называемых парами Купера. В обычных сверхпроводниках эти пары образуются, когда электрон, движущийся через материал, искажает окружающую кристаллическую решетку, которая, в свою очередь, притягивает другой электрон и образует связанную пару. Иногда это называют эффектом «водяной кровати». Каждой паре Купера требуется определенная минимальная энергия для смещения, и если тепловые флуктуации в кристаллической решетке меньше этой энергии, пара может течь, не рассеивая энергию. Эта способность электронов течь без сопротивления приводит к сверхпроводимости.

В высокотемпературном сверхпроводнике механизм чрезвычайно похож на обычный сверхпроводник, за исключением того, что в этом случае фононы практически не играют никакой роли, а их роль заменяют волны спиновой плотности. Так же, как все известные обычные сверхпроводники являются сильными фононными системами, все известные высокотемпературные сверхпроводники являются сильными волновыми системами спиновой плотности, в непосредственной близости от магнитного перехода, например, в антиферромагнетик. Когда электрон движется в высокотемпературном сверхпроводнике , его спин создает волну спиновой плотности вокруг него. Эта волна спиновой плотности, в свою очередь, заставляет соседний электрон падать в спиновую депрессию, созданную первым электроном (снова эффект водяного слоя). Следовательно, снова образуется куперовская пара. Когда температура системы понижается, создается больше волн спиновой плотности и куперовских пар, что в конечном итоге приводит к сверхпроводимости. Обратите внимание, что в высокотемпературных системах , поскольку эти системы являются магнитными системами из-за кулоновского взаимодействия, между электронами существует сильное кулоновское отталкивание. Это кулоновское отталкивание препятствует спариванию куперовских пар на одном и том же узле решетки. В результате спаривание электронов происходит на соседних узлах решетки. Это так называемое d -волновое спаривание, где состояние спаривания имеет узел (ноль) в начале координат.

Примеры

Примерами высокотемпературных купратных сверхпроводников являются YBCO и BSCCO , которые являются наиболее известными материалами, достигающими сверхпроводимости выше точки кипения жидкого азота .

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Тиммер, Джон (май 2011 г.). «25 лет спустя поиск высокотемпературных сверхпроводников продолжается». Ars Technica . Архивировано из оригинала 4 марта 2012 г. Получено 2 марта 2012 г.
  2. ^ ab Saunders, PJ; Ford, GA (2005). Расцвет сверхпроводников . Boca Raton, FL: CRC Press. ISBN 0-7484-0772-3.
  3. ^ Беднорц, JG; Мюллер, К.А. (1986). «Возможная высокотемпературная сверхпроводимость в системе Ba-La-Cu-O». Zeitschrift für Physik B. 64 (2): 189–193. Бибкод : 1986ZPhyB..64..189B. дои : 10.1007/BF01303701. S2CID  118314311.
  4. ^ Wu, MK; Ashburn, JR; Torng, CJ; Hor, PH; Meng, RL; Gao, L; Huang, ZJ; Wang, YQ; Chu, CW (1987). "Сверхпроводимость при 93 К в новой смешанной фазе Y–Ba–Cu–O Compound System при давлении окружающей среды". Physical Review Letters . 58 (9): 908–910. Bibcode :1987PhRvL..58..908W. doi : 10.1103/PhysRevLett.58.908 . PMID  10035069.
  5. ^ "1987: J. Georg Bednorz, K. Alex Müller". Nobelprize.org . Нобелевская премия по физике. Архивировано из оригинала 19 сентября 2008 года . Получено 19 апреля 2012 года .
  6. ^ Плакида, Н. (2010). Высокотемпературные купратные сверхпроводники. Серия Springer по физике твердого тела. Springer. стр. 480. ISBN 978-3-642-12632-1.
  7. ^ "Программа магнита HTS". Брукхейвенская национальная лаборатория.
  8. ^ Чой, Чарльз К. «Новый железный век: новый класс сверхпроводников может помочь раскрыть таинственную физику». Scientific American . Получено 25 октября 2019 г.
  9. ^ ab Ren, Zhi-An; Che, Guang-Can; Dong, Xiao-Li; Yang, Jie; Lu, Wei; Yi, Wei; et al. (2008). "Сверхпроводимость и фазовая диаграмма в оксидах мышьяка на основе железа ReFeAsO1−δ (Re=редкоземельный металл) без легирования фтором". EPL . 83 (1): 17002. arXiv : 0804.2582 . Bibcode :2008EL.....8317002R. doi :10.1209/0295-5075/83/17002. S2CID  96240327.
  10. ^ ab Nisbett, Alec (продюсер) (1988). Сверхпроводник: Гонка за призом (телевизионный эпизод).
  11. ^ Mourachkine, A. (2004). Сверхпроводимость при комнатной температуре . Кембридж, Великобритания: Cambridge International Science Publishing. arXiv : cond-mat/0606187 . Bibcode : 2006cond.mat..6187M. ISBN 1-904602-27-4. cond–mat/0606187.
  12. ^ Вольф, Стюарт А.; Кресин, Владимир З., ред. (6 декабря 2012 г.) [1987]. Роман о сверхпроводимости. Нью-Йорк: Plenum Press. ISBN 978-1-4613-1937-5. Получено 2 августа 2023 г.
  13. ^ Танака, Сёдзи (2001). "Высокотемпературная сверхпроводимость: история и перспективы" (PDF) . JSAP International . Архивировано (PDF) из оригинала 16 августа 2012 г. . Получено 2 марта 2012 г. .
  14. ^ Андерсон, Филипп (1987). «Резонирующее состояние валентной связи в La 2 CuO 4 и сверхпроводимость». Science . 235 (4793): 1196–1198. Bibcode :1987Sci...235.1196A. doi :10.1126/science.235.4793.1196. PMID  17818979. S2CID  28146486.
  15. ^ Bickers, NE; Scalapino, DJ; Scalettar, RT (1987). «CDW и SDW опосредованные парные взаимодействия». Int. J. Mod. Phys. B . 1 (3n04): 687–695. Bibcode :1987IJMPB...1..687B. doi :10.1142/S0217979287001079.
  16. ^ Инуи, Масахико; Дониах, Себастьян; Хиршфельд, Питер Дж.; Рукенштейн, Андрей Э.; Чжао, З.; Янг, Ц.; Ни, И.; Лю, Г. (1988). «Сосуществование антиферромагнетизма и сверхпроводимости в теории среднего поля высокотемпературных сверхпроводников». Phys. Rev. B. 37 ( 10): 5182–5185. Bibcode : 1988PhRvB..37.5182D. doi : 10.1103/PhysRevB.37.5182. PMID  9943697. Архивировано из оригинала 3 июля 2013 г.
  17. ^ Гро, Клавдий; Пуальблан, Дидье; Райс, Т. Морис ; Чжан, ФК (1988). «Сверхпроводимость в коррелированных волновых функциях». Physica C. 153–155: 543–548. Bibcode : 1988PhyC..153..543G. doi : 10.1016/0921-4534(88)90715-0.
  18. ^ Котляр, Габриэль; Лю, Цзялинь (1988). «Механизм суперобмена и сверхпроводимость d-волны». Physical Review B. 38 ( 7): 5142–5145. Bibcode : 1988PhRvB..38.5142K. doi : 10.1103/PhysRevB.38.5142. PMID  9946940.
  19. ^ ab Cao, Qing; Grote, Fabian; Hußmann, Marleen; Eigler, Siegfried (2021). «Развивающаяся область малослойных интеркалированных 2D-материалов». Nanoscale Advances . 3 (4): 963–982. Bibcode : 2021NanoA ...3..963C. doi : 10.1039/d0na00987c. PMC 9417328. PMID  36133283. 
  20. ^ Шиллинг, А.; Кантони, М.; Го, Дж. Д.; Отт, Х. Р. (1993). «Сверхпроводимость в системе Hg–Ba–Ca–Cu–O». Nature . 363 (6424): 56–58. Bibcode :1993Natur.363...56S. doi :10.1038/363056a0. S2CID  4328716.
  21. ^ Дроздов, АП; Конг, ПП; Миньков В.С.; Беседин, ИП; Кузовников М.А.; Мозаффари, С.; Баликас, Л.; Балакирев Ф.Ф.; Граф, DE; Прокопенко В.Б.; Гринберг, Э.; Князев Д.А.; Ткач, М.; Еремец, МИ (2019). «Сверхпроводимость при 250 К в гидриде лантана при высоких давлениях». Природа . 569 (7757): 528–531. arXiv : 1812.01561 . Бибкод : 2019Natur.569..528D. дои : 10.1038/s41586-019-1201-8. PMID  31118520. S2CID  119231000.
  22. ^ Dalla Piazza, B.; Mourigal, M.; Christensen, NB; Nilsen, GJ; Tregenna-Piggott, P.; Perring, TG; et al. (2015). «Дробные возбуждения в квантовом антиферромагнетике с квадратной решеткой». Nature Physics . 11 (1): 62–68. arXiv : 1501.01767 . Bibcode :2015NatPh..11...62D. doi :10.1038/nphys3172. PMC 4340518 . PMID  25729400. 
  23. ^ "Как расщепляются электроны: новые доказательства экзотического поведения". Nanowerk (пресс-релиз). École Polytechnique Fédérale de Lausanne. 23 декабря 2014 г. Архивировано из оригинала 23 декабря 2014 г. Получено 23 декабря 2014 г.
  24. ^ Отчет о первом сверхпроводнике H 2 S + CH 4 при комнатной температуре (15 °C) при 267 ГПа ненадежен ( отозван ). См. Castelvecchi, Davide (27 сентября 2022 г.). "Room-Stunning room-temperature-superconductor claim is retracted". Nature . doi :10.1038/d41586-022-03066-z. PMID  36171305. S2CID  252597663.
  25. ^ Еремец, Мичиган; Миньков В.С.; Дроздов А.П.; Конг, ПП; Ксенофонтов В.; Шилин С.И.; Будько, С.Л.; Прозоров Р.; Балакирев Ф.Ф.; Сан, Дэн; Моццафари, С.; Баликас, Л. (10 января 2022 г.). «Высокотемпературная сверхпроводимость в гидридах: экспериментальные данные и детали». Журнал сверхпроводимости и нового магнетизма . 35 (4): 965–977. arXiv : 2201.05137 . дои : 10.1007/s10948-022-06148-1 .
  26. ^ Дроздов, А.П.; Еремец, МИ; Троян, ИА; Ксенофонтов, В.; Шилин, СИ (сентябрь 2015 г.). «Обычная сверхпроводимость при 203 кельвинах при высоких давлениях в системе гидрида серы». Nature . 525 (7567): 73–76. arXiv : 1506.08190 . Bibcode :2015Natur.525...73D. doi :10.1038/nature14964. ISSN  0028-0836. PMID  26280333. S2CID  4468914.
  27. ^ ab "Примеры сверхпроводимости". hyperphysics.phy-astr.gsu.edu . Получено 14 июня 2020 г. .
  28. ^ Flükiger, R.; Hariharan, SY; Küntzler, R.; Luo, HL; Weiss, F.; Wolf, T.; Xu, JQ (1994). "Nb–Ti". В Flükiger, R.; Klose, W. (ред.). Materials. Vol. 21b2: Nb–H – Nb–Zr, Nd–Np. Berlin; Heidelberg: Springer-Verlag. pp. 222–229. doi :10.1007/10423690_53. ISBN 3-540-57541-3. Получено 14 июня 2020 г. .
  29. ^ ab Kittel, Charles (1996). Введение в физику твердого тела (7-е изд.). Нью-Йорк, Нью-Йорк: Wiley. ISBN 0-471-11181-3. OCLC  32468930.
  30. ^ Норман, Майкл Р. (2008). "Тенденция: Высокотемпературная сверхпроводимость в пниктидах железа". Физика . 1 (21): 21. Bibcode :2008PhyOJ...1...21N. doi : 10.1103/Physics.1.21 .
  31. ^ "Высокотемпературная сверхпроводимость: купраты". Группа Devereaux . Стэнфордский университет. Архивировано из оригинала 15 июня 2010 года . Получено 30 марта 2012 года .
  32. ^ Graser, S.; Hirschfeld, PJ; Kopp, T.; Gutser, R.; Andersen, BM; Mannhart, J. (27 июня 2010 г.). «Как границы зерен ограничивают сверхтоки в высокотемпературных сверхпроводниках». Nature Physics . 6 (8): 609–614. arXiv : 0912.4191 . Bibcode :2010NatPh...6..609G. doi :10.1038/nphys1687. S2CID  118624779.
  33. ^ Санна, С.; Аллоди, Г.; Конкас, Г.; Хиллер, А.; Ренци, Р. (2004). «Наноскопическое сосуществование магнетизма и сверхпроводимости в YBa 2 Cu 3 O 6+x, обнаруженное с помощью вращения спина мюона». Physical Review Letters . 93 (20): 207001. arXiv : cond-mat/0403608 . Bibcode :2004PhRvL..93t7001S. doi :10.1103/PhysRevLett.93.207001. PMID  15600957. S2CID  34327069.
  34. ^ Hartinger, C. "DFG FG 538 – Зависимость фазовых переходов и явлений упорядочения в купратных сверхпроводниках от легирования". wmi.badw-muenchen.de . Архивировано из оригинала 27 декабря 2008 г. Получено 29 октября 2009 г.
  35. ^ Хорио, М.; Хаузер, К.; Сасса, Ю.; Мингажева, З.; Саттер, Д.; Крамер, К.; Кук, А.; Ночерино, Э.; Форслунд, ОК; Тьернберг, О.; Кобаяши, М. (17 августа 2018 г.). "Трехмерная поверхность Ферми сверхлегированных купратов на основе La". Physical Review Letters . 121 (7): 077004. arXiv : 1804.08019 . Bibcode :2018PhRvL.121g7004H. doi :10.1103/PhysRevLett.121.077004. hdl :1983/b5d79bda-0ca2-44b9-93a0-0aa603b0a543. PMID  30169083. S2CID  206315433.
  36. ^ ab Кордюк, АА (2012). "Сверхпроводники на основе железа: магнетизм, сверхпроводимость и электронная структура (обзорная статья)" (PDF) . Low Temp. Phys . 38 (9): 888–899. arXiv : 1209.0140 . Bibcode :2012LTP....38..888K. doi :10.1063/1.4752092. S2CID  117139280. Архивировано (PDF) из оригинала 11 мая 2015 г.
  37. ^ Камихара, Y.; Хирамацу, H.; Хирано, M.; Кавамура, R.; Янаги, H.; Камия, T.; Хосоно, H. (2006). «Слоистый сверхпроводник на основе железа: LaOFeP». Журнал Американского химического общества . 128 (31): 10012–10013. doi :10.1021/ja063355c. PMID  16881620.
  38. ^ Камихара, Y.; Ватанабе, T.; Хирано, M.; Хосоно, H. (2008). «Слоистый сверхпроводник на основе железа La[O 1−x F x ]FeAs (x = 0,05–0,12) с T c  = 26 K». Журнал Американского химического общества . 130 (11): 3296–3297. doi :10.1021/ja800073m. PMID  18293989.
  39. ^ Takahashi, H.; Igawa, K.; Arii, K.; Kamihara, Y.; Hirano, M.; Hosono, H. (2008). "Сверхпроводимость при 43 К в слоистом соединении на основе железа LaO1- x F x FeAs". Nature . 453 (7193): 376–378. Bibcode :2008Natur.453..376T. doi :10.1038/nature06972. PMID  18432191. S2CID  498756.
  40. ^ Ван, Цин-Янь; Ли, Чжи; Чжан, Вэнь-Хао; Чжан, Цзо-Чэн; Чжан, Цзинь-Сон; Ли, Вэй; и др. (2012). "Высокотемпературная сверхпроводимость, индуцированная интерфейсом в пленках FeSe с одиночной элементарной ячейкой на SrTiO 3 ". Chin. Phys. Lett . 29 (3): 037402. arXiv : 1201.5694 . Bibcode :2012ChPhL..29c7402W. doi :10.1088/0256-307X/29/3/037402. S2CID  3858973.
  41. ^ Лю, Дефа; Чжан, Вэньхао; Моу, Дайсян; Хэ, Цзюньфэн; Оу, Юнь-Бо; Ван, Цин-Янь; и др. (2012). «Электронное происхождение высокотемпературной сверхпроводимости в однослойном сверхпроводнике FeSe». Nat. Commun . 3 (931): 931. arXiv : 1202.5849 . Bibcode :2012NatCo...3..931L. doi :10.1038/ncomms1946. PMID  22760630. S2CID  36598762.
  42. ^ Хэ, Шаолун; Хэ, Цзюньфэн; Чжан, Вэньхао; Чжао, Линь; Лю, Дефа; Лю, Сюй; и др. (2013). «Фазовая диаграмма и электронная индикация высокотемпературной сверхпроводимости при 65 К в однослойных пленках FeSe». Nat. Mater . 12 (7): 605–610. arXiv : 1207.6823 . Bibcode : 2013NatMa..12..605H. doi : 10.1038/NMAT3648. PMID  23708329. S2CID  119185689.
  43. ^ Ge, JF; Liu, ZL; Liu, C.; Gao, CL; Qian, D.; Xue, QK; Liu, Y.; Jia, JF (2014). «Сверхпроводимость в однослойных пленках FeSe с температурой перехода выше 100 К». Nature Materials . 1406 (3): 285–9. arXiv : 1406.3435 . Bibcode :2015NatMa..14..285G. doi :10.1038/nmat4153. PMID  25419814. S2CID  119227626.
  44. ^ Wu, G.; Xie, YL; Chen, H.; Zhong, M.; Liu, RH; Shi, BC; et al. (2009). "Сверхпроводимость при 56 К в SrFeAsF, легированном самарием". Journal of Physics: Condensed Matter . 21 (3): 142203. arXiv : 0811.0761 . Bibcode : 2009JPCM...21n2203W. doi : 10.1088/0953-8984/21/14/142203. PMID  21825317. S2CID  41728130.
  45. ^ Роттер, М.; Тегель, М.; Йохрендт, Д. (2008). "Сверхпроводимость при 38 К в арсениде железа (Ba 1−x K x )Fe 2 As 2 ". Physical Review Letters . 101 (10): 107006. arXiv : 0805.4630 . Bibcode :2008PhRvL.101j7006R. doi :10.1103/PhysRevLett.101.107006. PMID  18851249. S2CID  25876149.
  46. ^ Sasmal, K.; Lv, B.; Lorenz, B.; Guloy, AM; Chen, F.; Xue, YY; Chu, CW (2008). "Сверхпроводящие соединения на основе Fe (A 1−x Sr x )Fe 2 As 2 с A=K и Cs с температурами перехода до 37 K". Physical Review Letters . 101 (10): 107007. arXiv : 0806.1301 . Bibcode :2008PhRvL.101j7007S. doi :10.1103/PhysRevLett.101.107007. PMID  18851250.
  47. ^ Pitcher, MJ; Parker, DR; Adamson, P.; Herkelrath, SJ; Boothroyd, AT; Ibberson, RM; Brunelli, M.; Clarke, SJ (2008). «Структура и сверхпроводимость LiFeAs». Chemical Communications . 2008 (45): 5918–5920. arXiv : 0807.2228 . doi : 10.1039/b813153h. PMID  19030538. S2CID  3258249.
  48. ^ Tapp, Joshua H.; Tang, Zhongjia; Lv, Bing; Sasmal, Kalyan; Lorenz, Bernd; Chu, Paul CW; Guloy, Arnold M. (2008). "LiFeAs: Собственный сверхпроводник на основе FeAs с T c =18 K". Physical Review B . 78 (6): 060505. arXiv : 0807.2274 . Bibcode :2008PhRvB..78f0505T. doi :10.1103/PhysRevB.78.060505. S2CID  118379012.
  49. ^ Parker, DR; Pitcher, MJ; Baker, PJ; Franke, I.; Lancaster, T.; Blundell, SJ; Clarke, SJ (2009). «Структура, антиферромагнетизм и сверхпроводимость слоистого арсенида железа NaFeAs». Chemical Communications . 2009 (16): 2189–2191. arXiv : 0810.3214 . doi : 10.1039/b818911k. PMID  19360189. S2CID  45189652.
  50. ^ Hsu, FC; Luo, JY; Yeh, KW; Chen, TK; Huang, TW; Wu, PM; et al. (2008). «Сверхпроводимость в структуре типа PbO α-FeSe». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 105 (38): 14262–14264. Bibcode : 2008PNAS..10514262H. doi : 10.1073/pnas.0807325105 . PMC 2531064. PMID  18776050 . 
  51. ^ Zhao, J.; Huang, Q.; de la Cruz, C.; Li, S.; Lynn, JW; Chen, Y.; et al. (2008). «Структурная и магнитная фазовая диаграмма CeFeAsO 1−x F x и ее связь с высокотемпературной сверхпроводимостью». Nature Materials . 7 (12): 953–959. arXiv : 0806.2528 . Bibcode :2008NatMa...7..953Z. doi :10.1038/nmat2315. PMID  18953342. S2CID  25937023.
  52. ^ Ли, Чул-Хо; Айо, Акира; Эйсаки, Хироши; Кито, Хиджири; Тереза ​​Фернандес-Диас, Мария; Ито, Тосимицу; и др. (2008). «Влияние структурных параметров на сверхпроводимость в бесфтористом LnFeAsO 1−y (Ln=La, Nd)». Журнал Физического общества Японии . 77 (8): 083704. arXiv : 0806.3821 . Бибкод : 2008JPSJ...77h3704L. дои : 10.1143/JPSJ.77.083704. S2CID  119112251.
  53. ^ Прейсс, Пол. «Самый необычный сверхпроводник и как он работает». Berkeley Lab. Архивировано из оригинала 3 июля 2012 г. Получено 12 марта 2012 г.
  54. ^ Hebard, AF; Rosseinsky, MJ; Haddon, RC; Murphy, DW; Glarum, SH; Palstra, TTM; Ramirez, AP; Kortan, AR (1991). "Сверхпроводимость при 18 К в легированном калием C60" (PDF) . Nature . 350 (6319): 600–601. Bibcode :1991Natur.350..600H. doi :10.1038/350600a0. hdl : 11370/3709b8a7-6fc1-4b32-8842-ce9b5355b5e4 . S2CID  4350005.
  55. ^ Ганин, AY; Такабаяши, Y.; Химяк, YZ; Маргадонна, S.; Тамаи, A.; Россейнски, MJ; Прассидс, K. (2008). "Объемная сверхпроводимость при 38 К в молекулярной системе". Nature Materials . 7 (5): 367–71. Bibcode :2008NatMa...7..367G. doi :10.1038/nmat2179. PMID  18425134.
  56. ^ Savini, G.; Ferrari, AC; Giustino, F. (2010). "Первопринципное предсказание легированного графана как высокотемпературного электрон-фононного сверхпроводника". Physical Review Letters . 105 (3): 037002. arXiv : 1002.0653 . Bibcode :2010PhRvL.105c7002S. doi :10.1103/PhysRevLett.105.037002. PMID  20867792. S2CID  118466816.
  57. ^ Копелевич, Яков; Торрес, Хосе; Да Силва, Робсон; Оливейра, Фелипе; Диамантини, Мария Кристина; Тругенбергер, Карло; Винокур, Валерий (2024). "Глобальная сверхпроводимость при комнатной температуре в графите". Advanced Quantum Technologies . 7 (2). arXiv : 2208.00854 . doi :10.1002/qute.202300230.
  58. ^ Анисимов, ВИ; Бухвалов, Д.; Райс, ТМ (15 марта 1999 г.). «Электронная структура возможных аналогов никелатов купратов». Physical Review B. 59 ( 12): 7901–7906. Bibcode :1999PhRvB..59.7901A. doi :10.1103/PhysRevB.59.7901.
  59. ^ Ли, Д.; Ли, К.; Ванг, Б.Ю.; и др. (2019). «Сверхпроводимость в бесконечном слое никелата». Nature . 572 (7771): 624–627. Bibcode :2019Natur.572..624L. doi :10.1038/s41586-019-1496-5. OSTI  1562463. PMID  31462797. S2CID  201656573.
  60. ^ Botana, AS; Bernardini, F.; Cano, A. (2021). «Никелатные сверхпроводники: продолжающийся диалог между теорией и экспериментами». Журнал экспериментальной и теоретической физики . 132 (4): 618–627. arXiv : 2012.02764 . Bibcode : 2021JETP..132..618B. doi : 10.1134/S1063776121040026. S2CID  255191342.
  61. ^ Wu, Xianxin; Di Sante, Domenico; Schwemmer, Tilman; Hanke, Werner; Hwang, Harold Y.; Raghu, Srinivas; Thomale, Ronny (24 февраля 2020 г.). "Robust dx2-y2-wave superconductivity of infinite-layer nickelates". Physical Review B. 101 ( 6): 060504. arXiv : 1909.03015 . Bibcode : 2020PhRvB.101f0504W. doi : 10.1103/PhysRevB.101.060504. S2CID  202537199.
  62. ^ Li, Q.; He, C.; et al. (2020). "Отсутствие сверхпроводимости в объемном Nd1−xSrxNiO2". Материалы по коммуникациям . 1 (1): 16. arXiv : 1911.02420 . Bibcode :2020CoMat...1...16L. doi : 10.1038/s43246-020-0018-1 . S2CID  208006588.
  63. ^ Si, L.; Xiao, W.; Kaufmann, J.; Tomczak, JM; Lu, X.; Zhong, Z.; Held, K.; et al. (2020). "Топотактический водород в никелатных сверхпроводниках и Akin Infinite-Layer Oxides ABO2". Physical Review Letters . 124 (1): 166402. arXiv : 1911.06917 . Bibcode : 2020PhRvL.124p6402S. doi : 10.1103/PhysRevLett.124.166402. PMID  32383925. S2CID  208139397.
  64. ^ Hazen, R.; Finger, L.; Angel, R.; Prewitt, C.; Ross, N.; Mao, H.; et al. (1987). «Кристаллографическое описание фаз в сверхпроводнике Y–Ba–Cu–O». Physical Review B. 35 ( 13): 7238–7241. Bibcode : 1987PhRvB..35.7238H. doi : 10.1103/PhysRevB.35.7238. PMID  9941012.
  65. ^ ab Khare, Neeraj (2003). Справочник по высокотемпературной сверхпроводниковой электронике. CRC Press. ISBN 0-8247-0823-7.
  66. ^ Деккер, Марсель (28 сентября 1993 г.). Германн, Аллен М.; Яхми, Дж. В. (ред.). Высокотемпературные сверхпроводники на основе таллия . CRC Press. ISBN 0-8247-9114-2.
  67. ^ Hazen, R.; Prewitt, C.; Angel, R.; Ross, N.; Finger, L.; Hadidiacos, C.; et al. (1988). «Сверхпроводимость в высокотемпературной системе Bi–Ca–Sr–Cu–O: идентификация фаз». Physical Review Letters . 60 (12): 1174–1177. Bibcode :1988PhRvL..60.1174H. doi : 10.1103/PhysRevLett.60.1174 . PMID  10037960.
  68. ^ ab Tarascon, J.; McKinnon, W.; Barboux, P.; Hwang, D.; Bagley, B.; Greene, L.; et al. (1988). "Подготовка, структура и свойства сверхпроводящего купратного ряда Bi2Sr2Can−1CunOy с n=1, 2 и 3" (PDF) . Physical Review B . 38 (13): 8885–8892. Bibcode :1988PhRvB..38.8885T. doi :10.1103/PhysRevB.38.8885. PMID  9945668.
  69. ^ Шэн, ЗЗ; Херманн, А.М.; Эль Али, А.; Альмасан, К.; Эстрада, Дж.; Датта, Т.; Мэтсон, Р.Дж. (1988). «Сверхпроводимость при 90 К в системе Tl–Ba–Cu–O». Physical Review Letters . 60 (10): 937–940. Bibcode :1988PhRvL..60..937S. doi :10.1103/PhysRevLett.60.937. PMID  10037895.
  70. ^ Шэн, ЗЗ; Герман, А.М. (1988). «Сверхпроводимость в системе Tl–Ba–Cu–O без редкоземельных элементов выше температуры жидкого азота». Nature . 332 (6159): 55–58. Bibcode :1988Natur.332...55S. doi :10.1038/332055a0. S2CID  4330505.
  71. ^ Путилин, СН; Антипов, ЕВ; Чмайссем, О.; Марецио, М. (1993). "Сверхпроводимость при 94 К в HgBa2Cu04 + δ ". Nature . 362 (6417): 226–228. Bibcode : 1993Natur.362..226P. doi : 10.1038/362226a0. S2CID 4280761  .
  72. ^ Шиллинг, А.; Кантони, М.; Го, Дж. Д.; Отт, Х. Р. (1993). «Сверхпроводимость выше 130 К в системе Hg–Ba–Ca–Cu–O». Nature . 363 (6424): 56–58. Bibcode :1993Natur.363...56S. doi :10.1038/363056a0. S2CID  4328716.
  73. ^ Чу, CW; Гао, L.; Чен, F.; Хуан, ZJ; Мэн, RL; Сюэ, YY (1993). «Сверхпроводимость выше 150 К в HgBa2Ca2Cu3O8+δ при высоких давлениях». Nature . 365 (6444): 323–325. Bibcode :1993Natur.365..323C. doi :10.1038/365323a0. S2CID  4316020.
  74. ^ Ши, Донглу; Боли, Марк С.; Чен, Дж. Г.; Сюй, Мин; Вандервурт, К.; Ляо, И. Х.; и др. (1989). «Происхождение усиленного роста сверхпроводящей фазы 110 К путем легирования свинцом в системе Bi–Sr–Ca–Cu–O». Applied Physics Letters . 55 (7): 699. Bibcode : 1989ApPhL..55..699S. doi : 10.1063/1.101573.
  75. ^ Диес-Сьерра, Хавьер; Лопес-Домингес, Педро; Райккерт, Ханнес; Рикель, Марк; и др. (2021). «Полностью химические проводники с покрытием YBa2Cu3O7-$\delta$ с предварительно сформированными нанокристаллами BaHfO3 и BaZrO3 на технической подложке Ni5W в промышленном масштабе». Наука и технологии сверхпроводников . 34 (11): 114001. Bibcode : 2021SuScT..34k4001D. doi : 10.1088/1361-6668/ac2495. hdl : 1854/LU-8719549 . S2CID  237591103.
  76. ^ Диес-Сьерра, Хавьер; Лопес-Домингес, Педро; Райкарт, Ханнес; Рикель, Марк; Ханиш, Йенс; Хан, Мукаррам Заман; и др. (2020). «Высокая критическая плотность тока и усиленный пиннинг в сверхпроводящих пленках нанокомпозитов YBa2Cu3O7-δ с внедренными нанокристаллами BaZrO3, BaHfO3, BaTiO3 и SrZrO3». ACS Прикладные наноматериалы . 3 (6): 5542–5553. doi : 10.1021/acsanm.0c00814. hdl : 1854/LU-8661998 . S2CID  219429094.
  77. ^ Хирш, Хорхе Э.; Марсильо, Франк (январь 2021 г.). «Эффект Мейсснера в нестандартных сверхпроводниках». Physica C: Сверхпроводимость и ее применения . 587. arXiv : 2101.01701 . Bibcode : 2021PhyC..58753896H. doi : 10.1016/j.physc.2021.1353896. ISSN  0921-4534. S2CID  230523758.
  78. ^ Тенни, Крейг М.; Крофт, Закари Ф.; Макмахон, Джеффри М. (18 октября 2021 г.). «Металлический водород: жидкий сверхпроводник?». Журнал физической химии C. 125 ( 42): 23349–23355. arXiv : 2107.00098 . doi : 10.1021/acs.jpcc.1c05831. S2CID  182128526.
  79. ^ Монту, П.; Балацкий, А.; Пайнс, Д. (1992). «Теория слабой связи высокотемпературной сверхпроводимости в антиферромагнитно коррелированных оксидах меди». Physical Review B. 46 ( 22): 14803–14817. Bibcode : 1992PhRvB..4614803M. doi : 10.1103/PhysRevB.46.14803. PMID  10003579.
  80. ^ Чакраварти, С.; Судбо, А.; Андерсон, П. В.; Стронг, С. (1993). «Межслоевое туннелирование и анизотропия щели в высокотемпературных сверхпроводниках». Science . 261 (5119): 337–340. Bibcode :1993Sci...261..337C. doi :10.1126/science.261.5119.337. PMID  17836845. S2CID  41404478.
  81. ^ Филлипс, Дж. (2010). «Перколяционные теории сильно разупорядоченных керамических высокотемпературных сверхпроводников». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 43 (4): 1307–10. Bibcode : 2010PNAS..107.1307P. doi : 10.1073/pnas.0913002107 . PMC 2824359. PMID  20080578 . 
  82. ^ Гешкенбейн, В.; Ларкин, А.; Бароне, А. (1987). «Вихри с половинным магнитным потоком квантов в сверхпроводниках с тяжелыми фермионами ». Physical Review B. 36 ( 1): 235–238. Bibcode : 1987PhRvB..36..235G. doi : 10.1103/PhysRevB.36.235. PMID  9942041.
  83. ^ Kirtley, JR; Tsuei, CC; Sun, JZ; Chi, CC; Yu-Jahnes, Lock See; Gupta, A.; Rupp, M.; Ketchen, MB (1995). "Симметрия параметра порядка в высокотемпературном сверхпроводнике YBa 2 Cu 3 O 7 −δ ". Nature . 373 (6511): 225–228. Bibcode :1995Natur.373..225K. doi :10.1038/373225a0. S2CID  4237450.
  84. ^ Kirtley, JR; Tsuei, CC; Ariando, A.; Verwijs, CJM; Harkema, S.; Hilgenkamp, ​​H. (2006). "Угловое разрешение фазово-чувствительного определения симметрии щели в плоскости в YBa2Cu3O7−δ" (PDF) . Nature Physics . 2 (3): 190–194. Bibcode :2006NatPh...2..190K. doi :10.1038/nphys215. S2CID  118447968.
  85. ^ Цуэй, CC; Киртли, младший; Рен, ЗФ; Ван, Дж. Х.; Раффи, Х.; Ли, ZZ (1997). «Чистая симметрия параметра порядка d x 2 −y 2 в тетрагональном сверхпроводнике Tl 2 Ba 2 CuO 6+δ ». Природа . 387 (6632): 481–483. Бибкод : 1997Natur.387..481T. дои : 10.1038/387481a0. S2CID  4314494.

Внешние ссылки