Недавно открытые сверхпроводники оказались непохожими на все известные
Сверхпроводимость соединений нового класса на основе арсенидов железа не может быть объяснена общепринятыми теориями.
Свойство сверхпроводимости описывается теорией Бардина, Купера, Шриффера (БКШ), согласно которой электроны в сверхпроводнике не отталкиваются друг от друга, а образуют пары, называемые куперовскими, которые под действием приложенной разности потенциалов могут двигаться через кристаллическую решетку без сопротивления. Исследователи из лаборатории Эймса Университета Айовы (Ames Laboratory, США) с помощью магнитных измерений показали, что в сверхпроводниках нового класса на основе арсенидов железа образование куперовских пар происходит по иному механизму, чем в других известных сверхпроводниках.
Помимо «нулевого» сопротивления сверхпроводникам присуще еще одно свойство – они, в отличие от обычных металлических проводников, «выталкивают» магнитное поле. Слабое магнитное поле проникает лишь в узкую приповерхностную зону сверхпроводника на лондоновскую глубину проникновения, получившую название в честь братьев Лондон, описавших этот эффект.
Группа физиков под руководством Руслана Прозорова экспериментально получила температурную зависимость лондоновской глубины проникновения в сверхпроводники на основе арсенидов железа. Вид этой зависимости определяется энергетической щелью (энергией связи куперовской пары) сверхпроводника, которая, в свою очередь, зависит от механизма образования куперовской пары. Для большинства сверхпроводящих материалов такая зависимость уже известна. Для «низкотемпературных» сверхпроводников она носит экспоненциальный характер, для высокотемпературных купратных – линейный.
Исследования монокристаллов сверхпроводящих соединений нового класса на основе системы барий-железо-мышьяк, а также Nd-Fe-As- и La-Fe-As – оксидов показали, что температурная зависимость лондоновской глубины проникновения выражается степенной функцией с показателем степени, равным примерно 2,4. Этот неожиданный результат позволил учёным предположить, что в соединениях на основе арсенидов железа куперовские пары образуются по другому механизму, чем в других классах сверхпроводников. Более того, для его описания необходимо оперировать двумя величинами энергетической щели, поскольку эти новые сверхпроводники проявляют свойства сверхпроводников двух типов – купратов и диборида магния.
Руководитель группы Руслан Прозоров назвал новые материалы самыми сложными из всех известных сверхпроводников. Их свойства не поддаются объяснению в рамках разработанных ранее теорий и требуют новых теоретических подходов.
Отметим, что в начале 2009 года была опубликована статья исследователей из Арагонской национальной лаборатории (США), в которой авторы также пришли к выводу, что новый класс сверхпроводников на основе арсенидов железа не может описываться с помощью «обычных» теорий сверхпроводимости. Группа физиков под руководством Стефана Розенкранца (Stephan Rosenkranz) измеряли неупругое рассеяние нейтронов арсенидов железа и обнаружили, что знак энергетической щели (разности между суперпроводящим и нормальным электронным состояниями) этих сверхпроводников меняется от одного электронного состояния к другому (от одной электронной орбитали к другой). Учёные предположили, что механизм образования куперовских пар в этих соединениях может быть связан с антиферромагнитными флуктуациями, а не с колебаниями кристаллической решетки (как предполагает теория БКШ). То есть, как считает Стефан Розенкранц, получено прямое доказательство необычной природы сверхпроводимости нового класса материалов.
