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).

перейти к началу страницы