Физики из Брукхэвенской национальной лаборатории (США) показали, что в сформированной ими сложной структуре за переход в сверхпроводящее состояние отвечает всего один слой толщиной менее нанометра.

Явление высокотемпературной сверхпроводимости в тонких пленках представляет большой интерес, поскольку состояние таких материалов можно контролировать с помощью внешнего электрического поля. «С пленками большей толщины это уже не пройдет: поле проникает лишь на один нанометр вглубь металла», — объясняет один из исследователей Иван Божович (Ivan Bozovic). Многие специалисты экспериментировали с тонкими купратными (содержащими оксид меди) образцами, однако получить пленку такого качества, которое позволяет наблюдать сверхпроводимость и измерять соответствующие параметры, никому не удалось.

Авторы нашли нестандартное решение проблемы: они создали сверхпроводящую структуру из двенадцати слоев, разделенную на две равные части. Нижние слои, выполненные из соединения лантана, стронция, меди и кислорода La_1,65Sr_0,45CuO₄, имели металлические свойства, а верхние (La₂CuO₄) — диэлектрические. При сравнительно высокой температуре 32 К этот материал переходил в сверхпроводящее состояние, причем необходимые электроны перемещались снизу вверх, «просачиваясь» сквозь границу раздела.

Оставалось выяснить, какая часть структуры определяет характеристики всего материала. Ученым было известно, что цинк резко ухудшает свойства купратных сверхпроводников. Решив воспользоваться этим его свойством, они изготовили несколько вариантов двенадцатислойной структуры, введя небольшое количество цинка в разные слои.

После этого все образцы прошли испытания; как выяснилось, легирование цинком никак не повлияло на их параметры, и лишь в одном случае температура перехода в сверхпроводящее состояние понизилась до 18 К. В соответствующей структуре был легирован второй снизу диэлектрический слой, и именно его исследователи признали ответственным за сверхпроводящие свойства.

Теоретически, как уже отмечалось выше, для создания требуемой концентрации электронов в отдельном слое можно использовать и внешние электрические поля. Если это предположение подтвердится, в распоряжении ученых окажется высокотемпературный сверхпроводник толщиной 0,66 нм.

Графическое представление результатов экспериментов. Шесть верхних слоев — диэлектрические (Д), нижние слои — металлические (М). При введении цинка во второй снизу диэлектрический слой температура перехода понижается. (Иллюстрация авторов работы.)

Отметим, что совсем недавно российские ученые объявили о возможности достич комнатной сверхпроводимости.