Предложено новое теоретическое обоснование сверхпроводимости
Материалы, называемые сверхпроводниками, имеют нулевое значение удельного электрического сопротивления при температурах ниже критического значения (Tc). Вот уже два десятка лет ученые стремятся описать природу этого явления и определить факторы, с помощью которых можно создавать сверхпроводники с наиболее высокими значениями Tc.
Существует основное положение о возникновении сверхпроводящих состояний, которое основано на теории образования электронных (куперовских) пар. В «обычных» сверхпроводниках с Tc не превышающей 30 K (-243° C) образование таких пар приписывается взаимодействию электронов внутри кристаллической решетки материала. Однако по прошествии 20 лет упорных, но не увенчавшихся серьезными успехами стараний ученых увеличить температуру перехода в сверхпроводящее состояние купратных материалов, имеющих наиболее высокие – до 150 K (-123 °C) значения Tc, возникла необходимость создания более современной и полной теории, а также поиска новых факторов, обуславливающих сверхпроводимость.
Несколько месяцев назад была открыта еще одна группа сверхпроводников – железосодержащих соединений, которые представляют собой пниктиды (соединения редкоземельных элементов с элементами V группы периодической системы Менделеева, в которую входят азот, фосфор, мышьяк, сурьма, висмут). Tc таких материалов оказалась относительно высокой: до 55 K (-218° C). С целью определения, происходит ли в этих железосодержащих материалах переход в сверхпроводящее состояние по известному механизму образования электронных пар, ученые японского исследовательского центра RIKEN создали теоретическую модель для выявления причин возникновения сверхпроводимости и описания процессов, происходящих при этом в сверхпроводнике: (Unconventional Pairing Originating from the Disconnected Fermi Surfaces of Superconducting LaFeAsO1–xFx).
К исследованию приступили с рассмотрения свойств первого члена нового сверхпроводящего семейства материалов – LaFeAsO1–xFx. Перед тем, как начать моделирование образования электронных пар, необходимо было создать электронную модель, описывающую состояния низких энергий в материале.
На рисунке изображена шарико-стержневая (ball and stick) модель структуры LaFeAsO. Различными цветами здесь обозначены различные атомы: зеленый La, красный O, темно-красный As). Структура переменного состава LaFeAsO1–xFx получается при частичном замещении атомов кислорода атомами фтора
Один из участников этой работы Риотаро Арита (Ryotaro Arita) объясняет: «Электронная структура фазы LaFeAsO1–xFx является гораздо более сложной, чем структура известных сверхпроводящих купратных соединений [например, YBa2Cu3O7-х]. В купратах, как принято считать, задействована только одна из пяти внешних орбиталей меди, а в сверхпроводящих структурах LaFeAsO1–xFx, как показали наши исследования, в эффективной модели задействованы все пять внешних орбиталей железа».
Вторая часть работы была посвящена поиску наиболее предпочтительных состояний симметрии для моделируемых электронных пар. Был найден эффект так называемого «расширенного» попреречного (s-wave) спаривания электронов – включения во взаимодействие соседних электронов, и вероятно, преобладающий в данных структурах.
Описанные результаты получены с помощью метода приближения случайных фаз (random phase approximation, RPA) – общего, и в то же время относительно несложного подхода к описанию множественных взаимодействий. «Безусловно, мы не совсем удовлетворены возможностями RPA, и несомненно попытаемся перейти на новый уровень расчетов, – комментирует Арита. – Между тем, созданная нами модель вполне допустима для изучения механизмов и свойств сверхпроводящих состояний железосодержащих пниктидов. Я думаю, что полученная с помощью нашей модели и опубликованная информация является очень важной в области исследования сверхпроводимости».
Мария Костюкова
- Источник(и):
-
New theoretical model allows the study of the origin of superconductivity in iron-based materials
- Войдите на сайт для отправки комментариев
Уральскими учеными УГТУ-УПИ (Екатеринбург) создана мультиэлектронная теория, устанавливающая свойства комнатнотемпературного сверхпроводника на основе новой квантовой частицы- мультиэлектрона. В ФГУП НИИЭТ г.Воронеж получен комнатный сверхпроводник, соответствующий рекомендациям мультиэлектронной теории.
Videofilm of demonstration of superconductivity at a room temperature http://narod.ru/…%B0.wmv.html