Иллюстрация: Higashi K. et al. / Physical Review X. Ученые из Австрии и Японии использовали рентгеновскую спектроскопию для изучения электронной структуры никелата – материала, в котором, по мнению ученых, возможно достижение реальной высокотемпературной сверхпроводимости. Полученные в процессе исследования экспериментальные данные хорошо согласуются с предсказаниями теории среднего поля. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review X, а preprint работы доступен на сайте arXiv.org. Сверхпроводники – это материалы, характеризующиеся нулевым электрическим сопротивлением при достаточно низких температурах. Одной из ключевых задач современной физики является поиск высокотемпературных сверхпроводников, так как критическая температура большинства известных сверхпроводников близка к абсолютному нулю. До недавнего времени купраты – материалы, состоящие из слоев оксида меди, чередующихся со слоями оксидов других металлов – считались наиболее перспективным классом для достижения реальной высокотемпературной сверхпроводимости.
В этих материалах удалось достичь критической температуры 133 кельвин. Около 20 лет назад ученые предположили, что еще более перспективными сверхпроводниками могут быть никелаты. Они аналогичны купратам, но вместо атомов меди содержат никель. В 2019 году физики впервые наблюдали сверхпроводимость в материале этого класса при температуре 9–15 кельвин. Сверхпроводимость при температурах около 30 кельвин и ниже хорошо описывается теорией Бардина – Купера – Шриффера, но она перестает работать при более высоких критических температурах. Чтобы выяснить, в каких никелатах возможна высокотемпературная сверхпроводимость, нужна другая теория сверхпроводимости.
Современная теория сверхпроводимости в никелатах основана на динамической теории среднего поля. Для проверки правильности этого описания группа физиков из Австрии и Японии под руководством Яна Кунеша (Jan Kuneš) из Венского технического университета изучила электронное строение двух никелатов с помощью метода рентгеновской спектроскопии и сравнила результаты с выводами теории. Суть экспериментального метода состоит в облучении поверхности вещества рентгеновскими лучами и извлечении информации об электронном строении материала по спектру тех электронов, которые были выбиты из вещества фотонами, а также спектру поглощения рентгеновских лучей материалом.
Одним из важнейших входных параметров в теории среднего поля является минимальная энергия, которую необходимо сообщить электрону, чтобы он перескочил с атома никеля на атом кислорода. Напрямую измерить эту величину очень тяжело, и ее нахождение с помощью метода рентгеновской спектроскопии является одним из основных экспериментальных результатов работы. Ученые предсказали результаты эксперимента для разных значений энергии перескока электрона с помощью теории среднего поля и сравнили с данными измерений для никелатов LaNiO2 и NdNiO2 (см. рисунок). Требуя максимально близкого совпадения экспериментальных данных с предсказаниями теории, ученые смогли найти энергию перескока, которая для обоих материалов оказалась равна приблизительно 5 электронвольтам.
Данные рентгеновской спектроскопии для никелата NdNiO2. Цветные линии соответствуют результатам расчетов с использованием теории среднего поля с энергией перескока электрона от 3,9 (красная линия) до 6,9 электронвольт (синяя линия). Черная линия соответствует результатам эксперимента. На вертикальной оси отмечено число рентгеновских фотонов в произвольных единицах. На горизонтали стоит энергия фотона. Higashi K. et al. / Physical Review X
Данные рентгеновской спектроскопии для никелата LadNiO2. Цветные линии соответствуют результатам расчетов с использованием теории среднего поля с энергией перескока электрона от 3,5 (сиреневая линия) до 8,5 электронвольт (бирюзовая линия). Черная линия соответствует результатам эксперимента. На вертикальной оси отмечено число рентгеновских фотонов в произвольных единицах. На горизонтали стоит энергия фотона. Higashi K. et al. / Physical Review X
Ранее мы рассказывали об открытии сверхпроводимости при комнатной температуре, но сверхвысоком давлении в твердом материале на основе сероводорода и метана.
Автор: Андрей Фельдман
Источник: https://nplus1.ru/
