Новости науки 06.03.01. Предсказывается сверхпроводимость лития
при больших давлениях
Основными кандидатами в материалы, обладающие высокотемпературной
сверхпроводимостью БКШ-типа (то есть, сверхпроводимостью, вызванной
электрон-фононным взаимодействием), являются легкие элементы. Заветная
цель таких поисков -- это, конечно, сверхпроводящий водород, однако
и другие легкие элементы также привлекают пристальное внимание ученых.
В частности, долго искали, но так и не нашли сверхпроводящую фаза
лития при нормальном давлении. Тем не менее, такая фаза может существовать,
но только при достаточно больших давлениях. В работе [N.Christensen,
D.Novikov, Phys.Rev.Lett.86, 1861 (2001)] предсказывается существование
сверхпроводимости в литии при давлении порядка 40 ГПа вплоть до
температур 65-85 К.
Охота за сверхпроводимостью в литии длится уже больше десятилетия.
Хотя первые теоретические оценки температуры перехода в сверхпроводящее
состояние при нормальном давлении дали Tc ~ 1 K, экспериментально
этот переход не был найден вплоть до температур в несколько милликельвинов.
Более аккуратный анализ показал, что спиновые флуктуации в литии
разрушают сверхпроводимость, и потому поиск сверхпроводящей фазы
сдвинулся в область больших давлений.
Структура лития при сверхбольших давлениях (порядка 100 ГПа) была
исследована в деталях совсем недавно: см. теоретические исследования
в работе [J.Neaton and N.Ashcroft, Nature, v. 400, p.141 (1999)]
и экспериментальные данные в [M.Hanfland et al, Nature, v.408,
p. 174 (2000)]. В этих работах было обнаружено, что, начиная
с давления в 39 ГПа, литий испытывает последовательность структурных
изменений, причем, что интересно, идущих в сторону уменьшения симметрии
решетки. Важно то, что эти превращения сопровождаются уменьшением
модуля упругости кристалла -- следствие того, что свободные электроны
переходят из s в p состояние под большим давлением.
Явление "размягчения" решетки очень важно, поскольку оно может
означать, что константа электрон-фононного взаимодействия сильно
возрастает в этой области, что в свою очередь может привести к сверхпроводимости
лития при достаточно высоких температурах. Именно поэтому возникло
понимание того, что сверхпроводимость надо искать в окрестности
структурных превращений решетки.
Эта задача и была решена в работе [N.Christensen and D.Novikov,
Phys.Rev.Lett.86, 1861 (2001)]. Авторы теоретически исследовали
электронную структуру нескольких кристаллических решеток лития и
получили предсказания для константы электрон-фононного взаимодействия
как функции молярного объема (то есть, фактически, как функции внешнего
давления). В результате были получены предсказания и для Tc.
Было найдено, что в зависимости от конкретного значения величины
спиновых флуктуаций, критическая температура лития с гранецентрированной
решеткой достигала Tc = 50-70 K при давлениях, близких
к 39 ГПа. При 40 ГПа литий переходил в специфическое cI16-состояние,
и критическая температура поднималась до значений 65-85 К. При более
высоких давлениях, однако, критическая температура вновь падала.
Что ж, предсказания есть. Слово теперь за экспериментом.
|