Сильное влияние напряжений на критическую температуру в тонких эпитаксиальных пленках некоторых высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) дало ряду авторов повод утверждать, что можно увеличить критическую температуру в подобных структурах (выбрав соответствующие подложки и сверхпроводники) едва ли не до комнатной. Проведя большую экспериментальную работу, немецкие ученые показали, что такие надежды не имеют под собой серьезных оснований.

Подобно тому, как в булгаковской Москве существовала нехорошая квартира, в современной физике существуют "нехорошие" темы. К их числу относятся холодный термояд и сверхпроводимость при комнатной температуре. В отличие от нехорошести квартиры, проявлявшейся в периодическом исчезновении людей, нехорошесть подобных тем проявляется в периодическом появлении "сенсационных результатов", впоследствии не находящих подтверждения (см. для примера новость об открытии сверхпроводимости при комнатной температуре и материал с анализом нашумевшей статьи об ультразвуковом термояде). Выделенность таких тем обусловлена огромной практической выгодой, которую дало бы появление реальных достижений в этих направлениях, и, соответственно, коллектив, "сделавший весомый шаг на пути к успеху", может рассчитывать на известность и существенное увеличение финансирования.

В случае, о котором пойдет речь, никто не говорил об открытии нового ВТСП, однако надежды на достижение сверхпроводимости при комнатной температуре (или близко к тому) были высказаны. Известно, что критическая температура (T_c, температура перехода в сверхпроводящее состояние) сверхпроводника может изменяться при приложении давления. Так, для многих ВТСП при одноосном - вдоль оси, перпендикулярной плоскостям CuO₂, - сжатии T_c увеличивается (также и одноосное, но вдоль кристаллографической оси, лежащей в плоскости CuO₂, растяжение приводит к росту T_c). Кажется довольно заманчивым попытатьтся организовать "комплексное воздействие" - такую деформацию кристаллической решетки, при которой одновременно имело бы место сжатие и растяжение вдоль соответствующих кристаллических осей. Эта ситуация может быть реализована в тонких эпитаксиальных пленках ВТСП (эпитаксиальные пленки - это тонкие пленки, послойно, монослой вещества за монослоем, выращиваемые на подложке с определенной кристаллографической ориентацией; при этом кристаллографическая ориентация пленки совпадает с ориентацией подложки). В случае различия постоянных кристаллической решетки подложки и выращиваемого на ней материала кристаллическая решетка материала пленки подстраивается (для достаточно тонких пленок) под решетку подложки, в результате чего в пленке возникают напряжения. Таким образом, с помощью выбора подходящей подложки, можно создать нужные условия.

Эксперименты, проведенные с La_1.9Sr_0.1CuO₄, продемонстрировали рост критической температуры для эпитаксиальных пленок практически в два раза по сравнению с объемным материалом (с 25 K до 49 K). Соответсвенно, появились надежды, что, выращивая эпитаксиальные пленки ВТСП с T_c > 100 K (для объемного материала), можно приблизить критическую температуру к комнатной.

Однако технология - штука сложная: не всегда сразу удается однозначно определить, что именно ведет к наблюдаемым эффектам. Поэтому возник вопрос, действительно ли наблюдаемое в эпитаксиальных пленках увеличение T_c обусловлено только напряжениями либо играют роль и какие-то другие факторы. Немецкие (условно говоря) ученые с целью прояснить этот вопрос провели большую технологическую и экспериментальную работу [1]. С помощью уникальной многокамерной установки молекулярно-лучевой эпитаксии в различных условиях было выращено несколько сотен пленок La_2-xSr_xCuO₄. Кристаллическое совершенство пленок и точный состав материала контролировались с помощью нескольких высокочувствительных методик (описание используемых установок могло бы вызвать белую зависть у российских экспериментаторов). Для характеризации размаха проделанной работы можно еще добавить, что отжиг полученных пленок в атмосфере кислорода (и озона) производился при диапазоне эквивалентных парциальных давлений O₂ от 10^{- 11} до 10⁴ бар (т.е. было пройдено 15 (!) порядков).

Рис.1. Температурная зависимость удельного сопротивления пленки La2- xSrxCuO4 тощиной 20 нм, покрытой слоем LaСuO4 толщиной 6.5 нм (подложка - LaSrAlO4). На вставке показана область перехода в сверхпроводящее состояние.

Полученные пленки обладали превосходным кристаллическим совершенством, качество пленок подтверждается и тем, что была достигнута наивысшая на сегодня критическая температура для соединений La_2-xSr_xCuO₄ - более 50 К (рис.1). Однако надежды на удвоение критической температуры за счет возникающих при росте эпитаксиальной пленки напряжений не оправдались: исследования ученых из фирмы Oxxel Hmbh показывают, что эффект, связанный собственно с напряжениями, не превышает 30 %. Оказалось, что наблюдаемые ранее эффекты связаны преимущественно с изменением содержания кислорода в пленке, что приводит к модификации кристаллической структуры пленки и изменению критической температуры.

1. I.Bozovic, G.Logvenov, I.Belca, B.Narimbetov, and I.Sveklo. Phys.Rev.Lett., v.89, 107001 (2002).

Е.Онищенко.