Ультратонкая пленка помогает искать высокотемпературные сверхпроводники

Сверхпроводники — это материалы, обладающие нулевым сопротивлением электрическому току при определенной критической температуре Tc. Сверхпроводимость возникает в результате образования куперовских пар электронов, которые не рассеиваются на неоднородностях решетки. Механизм сверхпроводимости в обычных сверхпроводниках хорошо описывается теорией БКШ, согласно которой куперовские пары формируются за счет электрон-фононного взаимодействия. Однако существуют так называемые необычные сверхпроводники, в которых теория БКШ не применима, и механизм сверхпроводимости остается неясным. К таким сверхпроводникам относятся высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП), которые имеют Tc выше, чем температура кипения жидкого азота.

Одним из представителей ВТСП является селенид железа (FeSe), который был открыт в 2008 году. Этот материал имеет сложную фазовую диаграмму, включающую структурный фазовый переход, нематическую фазу и сверхпроводящую фазу. Структурный фазовый переход происходит при температуре Tс около 90 К и сопровождается переходом от тетрагональной к орторомбической симметрии решетки. Нематическая фаза характеризуется нарушением вращательной симметрии электронной системы, которая выражается в анизотропии электронных свойств в плоскости FeSe. Сверхпроводящая фаза возникает при температуре Tc около 8К (-265,15 по Цельсию) и имеет необычную зависимость от давления и допирования. Например, при допировании калием Tc может достигать 38К (-235,15 по Цельсию), что является одним из самых высоких значений среди всех ВТСП.

Вопрос о том, как связаны структурный, нематический и сверхпроводящий переходы в FeSe, является предметом активных исследований. Особый интерес представляет роль нематичности, которая может быть как причиной, так и следствием сверхпроводимости. Для изучения этого вопроса исследователи использовали ультратонкую пленку FeSe, выращенную на подложке из алюмината лантана (LaAlO3) методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Ученые обнаружили, что в этой пленке структурный фазовый переход подавлен, а нематическая фаза сохранена. Это свидетельствует о том, что нематичность в FeSe имеет электронное происхождение и не связана с дисторсией решетки. Они так же выявили, что пленка FeSe/LaAlO3 обладает сверхпроводимостью с Tc около 8 К, что согласуется с объемным FeSe.

Это исследование демонстрирует, что пленка FeSe/LaAlO3 является идеальной платформой для изучения нематичности и сверхпроводимости в отсутствие структурных эффектов. Продолжение экспериментов может помочь достичь более глубокого понимания механизма сверхпроводимости в FeSe и других ВТСП, а также найти пути к повышению Tc в этих материалах.

Сверхпроводимость — это фундаментальное и прикладное явление, которое представляет большой интерес для физики конденсированного состояния и смежных областей науки и техники. Поиск сверхпроводников комнатной температуры — это одна из самых важных и сложных задач современной науки. Не исключено, что это исследование внесет свой вклад в решение этой задачи и поспособствует развитию новых сверхпроводящих технологий.