Cryptography: Объяснена сверхпроводимость электронно-модифицированных материалов

22 марта 2007 года, 11:49
Текст: Николай Карташев

Специалисты из Аргоннской национальной лаборатории (ANL) объяснили, каким образом небольшие изменения в электронно-модифицированных сверхпроводниках позволяют лишить их сверхпроводимости. Около 20 лет назад в стенах ANL были открыты наиболее известные высокотемпературные сверхпроводники состава YBa₂Cu₃O₇. У данных материалов состояние сверхпроводимости регистрируется при -109°C.

Сверхпроводящий материал, использовавшийся в исследовании (изображение ANL)

В большинстве известных материалов сверхпроводимость наблюдается вследствие удаления у них электронов до получения магнитно-изолированных соединений. Тем не менее, некоторые из веществ для получения из них сверхпроводников, наоборот, требуют введения электронов. При этом их необходимо нагревать до высоких температур. До настоящего времени не существовало объяснения необходимости нагрева таких материалов, так как при этом не происходило изменений в структуре или составе вещества, хотя при этом происходил переход свойств материала от изолятора к сверхпроводнику.

Учёные под руководством специалистов из Аргонской национальной лаборатории, Университета штата Теннесси и Университета Бригема Янга обнаружили, что нагревание материала состава Pr_1-xLaCe_xCuO₄ приводит к едва различимому восстановлению недостатка в его микроскопической структуре. Эти изменения настолько незначительны, что их не удавалось обнаружить почти два десятка лет. Вышеприведённые материалы состоят из слоёв оксида меди, разделённых прослойками редкоземельных элементов.

Установить эти изменения удалось совмещением анализа дифракции характеристического рентгеновского излучения при помощи источника фотонов APS в ANL с измерениями положения атомов кислорода дифракцией нейтронов в Национальном институте стандартов и Технологическом центре нейтронных исследований. Использование рентгеновского излучения для анализа твёрдых веществ позволяет определить положение и тип каждого атома в кристаллической решётке.

Благодаря совмещению двух методов анализа твёрдых материалов и удалось обнаружить незначительные изменения в расположении атомов меди и кислорода, происходящих вследствие термической обработки. Эти переходы приводят к формированию идеальной структуры, обладающей свойством сверхпроводимости. При этом структуру материала можно снова сделать неидеальной и несверхпроводящей.

По словам представителя ANL Штефана Розенкранца, их открытие позволяет понять механизм работы электронно-модифицированных сверхпроводников, благодаря чему становится возможным систематически изменять положительные и отрицательные для сверхпроводимости факторы с целью получения рабочих образцов. В исследовании также принимали участие учёные из Токийского центрального научно-исследовательского института электроэнергетики, сообщает официальный сайт Аргоннской национальной лаборатории.