Новости науки | ||||
12.03.02. В поиске новых высокотемпературных сверхпроводников. | ||||
Открытие нового сверхпроводника
MgB2 в начале прошлого года вызвало очередной всплеск
интереса к сверхпроводимости и побудило ученых усилить поиски
новых сверхпроводников. Американские теоретики предсказывают, что
дырочное легирование борокарбида лития LiBC позволит получить
сверхпроводник с критической температурой порядка 100 К.
Чем же так примечателен MgB2, сверхпроводник с
температурой перехода в сверхпроводящее состояние 39 К, на фоне
других, более высокотемпературных, сверхпроводников (ВТСП)?
Относительно простой (по сравнению с более многокомпонентными
ВТСП-керамиками) MgB2 открывает собой новый класс
сверхпроводящих материалов (полезно вспомнить, что первый
обнаруженный ВТСП имел критическую температуру еще меньше, чем
MgB2).
В отличие от ВТСП, относительно механизма сверхпроводимости в
которых до сих пор нет согласия, для MgB2 почти сразу
были получены данные, свидетельствующие в пользу традиционного
(фононного) механизма спаривания электронов. Об этом
свидетельствует так называемый изотопический эффект - зависимость
критической температуры от изотопического состава материала, т.е.
от массы образующих кристаллическую решетку частиц.
Микроскопическая теория сверхпроводимости, созданная Бардином,
Купером и Шриффером в середине 1950-х и хорошо описывающая
традиционные низкотемпературные сверхпроводники, объясняет явление
сверхпроводимости образованием связанных состояний электронов с
противоположными импульсами и антипараллельными спинами
(куперовских пар); притяжение между электронами возникает
вследствие взаимодействия электронов с кристаллической решеткой (и
чем сильнее электрон-фононное взаимодейстие, тем выше критическая
температура). “Куперовская пара” является уже не фермионом, а
бозоном, в результате электронная жидкость ведет себя как
сверхтекучая жидкость, что и объясняет исчезновение электрического
сопротивления.
MgB2 продемонстрировал
высокую токонесущую способность , что делает его перспективным
материалом для применения в сверхпроводящих магнитных системах и
сверхпроводниковой электронике. Однако очень существенным
недостатком MgB2 с точки зрения практического
применения является то, что температура перехода в сверхпроводящее
состояние ниже температуры кипения жидкого азота, что не позволяет
использовать дешевый жидкий азот в качестве криоагента. Если бы
был найден сверхпроводник, обладающий схожими с MgB2
свойствами с тем отличием, что его критическая температура
превышала бы 78 К, он мог бы составить серьезную конкуренцию
используемым ныне иттриевым ВТСП (о промышленном использовании
YBa2Cu3O7-x мы уже неоднократно
писали, например,
26.12.01 и 31.01.02 ). Поэтому ученые во всем мире ведут активные
теоретические и экспериментальные исследования схожих с
MgB2 веществ.
Теоретики из Калифорнийского университета предсказывают, что
при дырочном легировании борокарбида лития LiBC могут быть
достигнуты критические температуры порядка 100 K [1]. Слоистый
материал LiBC по своей кристаллической структуре (вместо атома
магния - литий, вместо атомов бора - бор и углерод - рис.1)
напоминает MgB2. Дырочное легирование может быть
произведено путем уменьшения концентрации лития, т.е. превращения
LiBC в LixBC. Для LixBC х может быть доведен
почти до 0.3 без изменения кристаллической структуры. Американские
исследователи провели расчеты зонной структуры и оценили константу
электрон- фононного взаимодействия для LixBC при
различных значениях x. Как показывают расчеты, для
Li0.5BC константа электрон-фононного взаимодейстия
должна быть почти в два раза больше, чем для MgB2, а
критическая температура должна достигать 100 К (рис.2).
1. H.Rosner, A.Kitaigorodsky, and W.E.Pickett. Phys.Rev.Lett., v.88, 127001 (2002).
| ||||
|