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 T_c ~ 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 T_c. Было найдено, что в зависимости от конкретного значения величины спиновых флуктуаций, критическая температура лития с гранецентрированной решеткой достигала T_c = 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.

перейти к началу страницы