Новости науки03.09.01. Сверхпроводимость, появляющаяся в очень
высоких магнитных полях.
Известно, что сверхпроводимость подавляется магнитным полем. Несмотря
на такой антагонизм, в некоторых антиферромагнетиках и даже ферромагнетиках
(с температурой перехода в магнитоупорядоченное состояние порядка
нескольких кельвинов) возможен своего рода "компромисс" между магнитоупорядоченным
состоянием и сверхпроводящим состоянием. Однако недавно было обнаружено
достаточно необычное явление - в одном органическом соединении сверхпроводимость
появляется только в очень сильных (несколько десятков Тесла!) магнитных
полях.
Недавно было обнаружено [1], что органическое соединение l
-(BETS)2FeCl4 [BETS = bis(ethylenedithio)tetraselenafulvalene]
при приложении внешнего магнитного поля, превышающего 18 Тл, становится
сверхпроводником. Если быть более точным, в этом материале плоские
молекулы BETS образуют слои, перпендикулярно которым располагаются
цепочки FeCl4, и сверхпроводимость возникает тогда, когда
магнитное поле прикладывается параллельно слоям BETS. В отсутствии
магнитного поля l -(BETS)2FeCl4 при
низких температурах является антиферромагнитным диэлектриком.
Рис.1. a - зависимость образца сопротивления от магнитного поля,
прикладываемого параллельно цепочкам BETS, в диапазоне температур
от 0.8 до 5.4 К (шаг по температуре - примерно 0.25 К), b - зависимость
сопротивления образца от температуры при нескольких магнитных полях.
Работа группы американских и японских ученых [2] посвящена выяснению
природы вызываемого магнитным полем сверхпроводящего состояния.
Исследования показали, что l -(BETS)2FeCl4
в полях в диапазоне примерно от 18 до 41 Тесла переходит в сверхпроводящее
состояние (рис.1). Наличие верхнего "критического поля" говорит
о том, что в этом квазидвумерном сверхпроводнике реализуется обычная
синглетная сверхпроводимость (куперовскую пару образуют электроны
с противоположно направленными спинами). В соединении присутствуют
магнитные ионы Fe3+ и исследователи полагают, что именно
с их присутствием связано столь необычное поведение вещества в сильных
магнитных полях.
Внешнее магнитное поле ориентирует магнитные моменты ионов, что
приводит к двум основным следствиям. Во-первых, проводящие слои
(плоскости BETS) оказываются "развязаны" полем (сверхпроводимость
становится квазидвумерной) - туннелирование куперовских пар между
слоями через цепочки FeCl4, содержащие Fe3+,
невозможно, и потому диамагнитных токов, текущих между слоями, не
существует. Во-вторых, на электроны проводимости действует некоторое
эффективное поле, состоящее из двух слагаемых - внешнего магнитного
поля и обменного поля (вызванного обменным взаимодействием электронов
с магнитными моментами Fe3+). В определенном диапазоне
полей магнитное поле частично компенсируется обменным полем, что
и делает возможным существование сверхпроводящего состояния. Хотя
в общих чертах картина вроде бы ясна, вопросов еще остается много.
1. S.Uji et al. Nature v.410, 908 (2001).
2. L.Balicas, J.S.Brooks, K.Storr et al. Phys.Rev.Lett. v.87, 067002
(2001).
|