Новости науки21.06.02. Первое наблюдение квадратной решетки магнитных вихрей в ВТСП

Хотя высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП) уже находят практическое применение , про них, в отличие от классических сверхпроводников, нельзя сказать "хорошо изучены" - активное исследование этих материалов продолжается. Недавно интернациональной группе ученых удалось впервые наблюдать в соединении La_1.83Sr_0.17CuO_4+d квадратную вихревую решетку.

Как известно, магнитное поле не проникает в объем сверхпроводника (эффект Мейснера) - напряженность магнитного поля спадает до нуля в тонком приповерхностном слое; толщина этого слоя называется глубиной проникновения - l . Другим важным параметром, характеризующим сверхпроводник, является длина когерентности x (грубо говоря, "размер" куперовской пары - характерная длина, на которой электроны чувствуют друг друга) . В зависимости от соотношения этих величин сверхпроводники делятся на два типа. Если x >> l (такой сверхпроводник называется сверхпроводником первого рода), то при превышении некоторой критической величины магнитного поля (H_c) сверхпроводимость подавляется полем и материал переходит в нормальное (несверхпроводящее) состояние.

В случае же x << l (сверхпроводник второго рода) ситуация несколько сложнее - существует два критических поля (H_c1 и H_c2). Когда напряженность магнитного поля превышает H_c1, сверхпроводник переходит в смешанное состояние - магнитное поле начинает проникать в объем сверхпроводника в виде "нитей" (вихрей Абрикосова). В центре каждого вихря (на масштабе порядка длины когерентности) сверхпроводимость подавлена, а вокруг этой области текут экранирующие сверхпроводящие токи (поле проникает в область вокруг вихря на расстояние порядка l ). Вихри взаимодействуют между собой и образуют упорядоченую структуру - вихревую решетку, как правило - треугольную решетку. По мере роста напряженности поля чисто вихрей растет, и при достижении величины H_c2 вихри сливаются и сверхпроводник переходит в нормальное состояние.

Рис.1. a - квадратная решетка вихрей Абрикосова, b - деформация решетки при отклонении поля от оси c монокристалла, перпендикулярной CuO₂ плоскостям.

ВТСП относятся к сверхпроводникам второго рода и характеризуются сильной анизотропией сверхпроводящих свойств - в купратах типа YBa₂Cu₃O₇ сверхпроводимость связана с плоскостями CuO₂. До сих пор в ВТСП наблюдалась только треугольная вихревая решетка, но в недавней работе интернациональной группы (Англия, Швейцария, Франция, Япония) сообщается о наблюдении квадратной вихревой решетки [1]. Ученые проводили исследование смешанного состояния в монокристаллах La_1.83Sr_0.17CuO_4+d с критической температурой T_c = 37 K с помощью малоуглового рассеяния нейтронов (в этом методе исследуется упругое рассеяние пучка нейтронов на неоднородностях, в данном случае вихрях, размеры которых существенно превышают дебройлевскую длину волны нейтрона (порядка 10 A в описываемых экспериментах)). В полях порядка 0.1 Тл ученые наблюдали обычную треугольную вихревую решетку, однако с ростом поля картина менялась - в полях выше 0.5 Тл наблюдалась уже квадратная вихревая решетка (рис.1). Изменение симметрии решетки не имеет пока однозначного объяснения, хотя и ясно, что оно свидетельствует о влиянии анизотропии. Выяснение причины подобного необычного явления, как и окончательное разрешение вопроса о механизме сверхпроводимости в ВТСП, - дело будущего.

1. R. Gilardi, J. Mesot, A. Drew et al. Phys.Rev.Lett., v.88, 217003 (2002).

перейти к началу страницы