Сверхпроводимость – явление полного исчезновения электрического сопротивления при понижении температуры, которое, согласно теории БКШ, связано с возникновением связанных пар носителей заряда, электронов или дырок (так называемых куперовских пар), при этом в зонной структуре материала образуется «сверхпроводящая щель». В этом случае совершенно логично задать вопрос: до каких размеров необходимо уменьшить сверхпроводник, чтобы исчезла сверхпроводимость?

Ответ на данный вопрос получила группа американских учёных, исследуя рост плёнки молекулярного сверхпроводника (BETS)₂GaCl₄ (BETS – бис(этилендитио)тетраселенофулвален – знаменитый катион (точнее, молекула – донор), типичный компонент «органических сверхпроводников» и комплексов с «переносом заряда» типа «молекулярных бронз») в высоком вакууме на поверхности серебра, ориентированного в направлении 111, с помощью туннельного микроскопа (Рисунок 1). Как и во всех молекулярных сверхпроводниках типа D₂A, в указанной молекуле тетраэдр GaCl₄ (акцептор, заряжается отрицательно, GaCl₄-) «зажат» в сэндвиче из двух молекул BETS (Рисунок 1f). В ходе проведённого исследования выяснилось, что сверхпроводящая щель существует даже в четырёх (!!!) парах молекул (BETS)₂GaCl₄ (Рисунок 2), длина которых составляет всего-навсего ~3,5 нм. Такое поведение молекулярного сверхпроводника можно сравнить с исчезновением сверхпроводимости при повышении температуры (Рисунок 3). Как отмечают авторы работы, исследования в данной области интересны не только с фундаментальной позиции познания сущности сверхпроводимости, но также имеют и совершенно конкретное практическое применения при создании наноэлектронных схем и устройств.

Рисунок 1. Структурные и электрические свойства наноразмерного молекулярного сверхпроводника. a) Химическая структура BETS и GaCl₄. b,c) СТМ-изображения растущего слоя молекулярного сверхпроводника на поверхности серебра. d) СТМ-изображение изогнутых краёв молекул BETS. e) СТМ-изображение, демонстрирующие положение тетраэдров хлорида галлия. f) Схема упаковки сверхпроводника на поверхности серебра. g) Результаты расчёта плотности состояния для сверхпроводника (основной вклад в заряд у поверхности Ферми вносят молекулы BETS).

Рисунок 2. Зависимость глубины сверхпроводящей щели от размеров сверхпроводника.

Рисунок 3. Зависимость глубины сверхпроводящей щели от температуры.