Выяснено, как электроны ведут себя в сверхпроводящих никелатах

Исследователи Института физико-химических исследований Японии изучили поведение электронов в никелате неодима, допированном стронцием. Оказалось, что оно схоже с поведением этих частиц в купратах — перспективных высокотемпературных сверхпроводниках. Статью об открытии ученые опубликовали в журнале Physical Review B.

Сверхпроводники способны переносить электричество без сопротивления и потерь энергии. Однако существующие материалы могут проявлять такое свойство только в определенном интервале температур, которые значительно ниже нуля. И хотя в последнее время ученые получают все больше материалов, которые проявляют сверхпроводящие свойства при более высоких температурах, для перехода в это состояние им необходимо высокое давление, создать которое так же непросто, как и охладить вещество.

За более чем 100 лет, прошедших с момента открытия сверхпроводимости, исследователи накопили большое количество данных о классах материалов, которые способны проводить ток без потерь. Одним из таких классов являются купраты — соединения на основе оксида меди. Сверхпроводимость в них появляется благодаря уникальному поведению электронов при понижении температуры. Теперь исследователи обнаружили, что подобное поведение проявляют и электроны внутри вещества другого класса.

Авторы работы исследовали ранее открытый сверхпроводник — никелат неодима, допированный стронцием, — Nd_0,8Sr_0,2NiO₂. Он переходит в сверхпроводящее состояние при -258 °C. Это достаточно низкая температура перехода для таких материалов на сегодняшний день, но никелат привлек внимание ученых благодаря поведению электронов внутри него.

Ранее было показано, что он состоит из чередующихся слоев неодима и оксида никеля. Физики предполагали, что появляющаяся у материала сверхпроводимость обусловлена взаимодействием электронов в этих двух слоях. Расчеты ученых показали, что в слое оксида никеля электроны оказываются сильно связаны друг с другом, и это аналогично их поведению в купратах. Однако исследователи нашли и отличия между этими классами материалов. Например, в никелатах электроны в неодимовом слое образуют «карманы Ферми» — относительно небольшие области в зоне Бриллюэна, окруженные поверхностью Ферми. В купратах такие структуры не наблюдаются, и это может быть ключом к лучшему понимаю механизмов сверхпроводимости.

Затем физики создали вычислительную модель, чтобы предсказать, можно ли путем изменения химического состава удалить такие карманы из структуры материала. Оказалось, что нужными свойствами, согласно расчетам, должны обладать никелат натрия-неодима NaNd₂NiO₄ и никелат натрия-кальция NaCa₂NiO₃. Авторы надеются, что, когда эти соединения будут синтезированы, они смогут стать аналогами медных сверхпроводников.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.