Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Не путать со сверхпроводником комнатной температуры .

Образец висмута, стронция, кальция, меди (BSCCO), который в настоящее время является одним из наиболее практичных высокотемпературных сверхпроводников. Примечательно, что он не содержит редкоземельных элементов . BSCCO - это купратный сверхпроводник на основе висмута и стронция . Благодаря более высокой рабочей температуре, купраты теперь становятся конкурентами более обычных сверхпроводников на основе ниобия , а также сверхпроводников на основе диборида магния .

Высокотемпературные сверхпроводники (сокращенно высокой Т с или HTS ) функционально определяются как материалы , которые ведут себя , как сверхпроводники при температурах выше 77 К (-196.2 ° C; -321,1 ° F), точка кипения жидкого азота , один из самых простых теплоносители в криогенике . [1] Все материалы, известные в настоящее время как проводящие при обычных давлениях, становятся сверхпроводящими при температурах намного ниже окружающей среды и, следовательно, требуют охлаждения. Большинство высокотемпературных сверхпроводников - это керамические материалы. С другой стороны, металлические сверхпроводники обычно работают при температуре ниже -200 ° C: тогда их называютнизкотемпературные сверхпроводники . Металлические сверхпроводники также являются обычными сверхпроводниками , поскольку они были открыты и использовались раньше высокотемпературных.

Керамические сверхпроводники в настоящее время становятся пригодными для некоторого практического использования, но у них все еще есть много производственных проблем, и существует очень мало успешных практических примеров использования. Большинство керамических материалов являются хрупкими, что делает изготовление из них проволоки очень проблематичным. [2]

Главное преимущество высокотемпературных керамических сверхпроводников состоит в том, что их можно охлаждать с помощью жидкого азота . [3] С другой стороны, металлические сверхпроводники обычно требуют более сложных хладагентов - в основном жидкого гелия . К сожалению, ни один из высокотемпературных сверхпроводников не может быть охлажден только сухим льдом , и ни один из них не работает при комнатной температуре и давлении (они работают намного ниже самой низкой температуры, зарегистрированной на Земле ). Все высокотемпературные сверхпроводники требуют какой-либо системы охлаждения.

Основной класс высокотемпературных сверхпроводников относится к классу оксидов меди (только некоторые оксиды меди). Второй класс высокотемпературных сверхпроводников в практической классификации - это класс соединений на основе железа . [4] [5] Диборид магния иногда входит в состав высокотемпературных сверхпроводников: его относительно просто производить, но он обладает сверхпроводимостью только при температуре ниже -230 ° C, что делает его непригодным для охлаждения жидким азотом (примерно на 30 ° C ниже тройного азота точка температуры). Например, его можно охладить жидким гелием , который работает при гораздо более низких температурах.

Многие керамические сверхпроводники физически ведут себя как сверхпроводники второго типа .

Первый высокотемпературный сверхпроводник был обнаружен в 1986 году IBM исследователи Беднорцем и Мюллер , [3] [6] , которые были удостоены Нобелевской премии по физике в 1987 году «за их важный прорыв в открытии сверхпроводимости в керамических материалов» . [7]

Некоторые супергидридные соединения сверхвысокого давления обычно относят к высокотемпературным сверхпроводникам. Фактически, можно найти множество статей о высокотемпературных сверхпроводниках, посвященных этим исследованиям газов высокого давления, которые не подходят для практических приложений. Текущий рекордсмен T c - это углеродсодержащий гидрид серы , побив предыдущий рекорд декагидрида лантана почти на 30 ° C.

История [ править ]

Хронология открытий сверхпроводников. Справа можно увидеть температуру жидкого азота, которая обычно разделяет сверхпроводники при высоких и сверхпроводники при низких температурах. Купраты отображаются голубыми ромбами, а сверхпроводники на основе железа - желтыми квадратами. Диборид магния и другие низкотемпературные металлические сверхпроводники BCS показаны для справки в виде зеленых кружков.

Сверхпроводимость была открыта Камерлинг-Оннесом в 1911 году в металлическом твердом теле. С тех пор исследователи пытались наблюдать сверхпроводимость при повышении температуры [8] с целью найти сверхпроводник при комнатной температуре . [9] К концу 1970-х годов сверхпроводимость наблюдалась в нескольких металлических соединениях (в частности, на основе Nb, таких как NbTi , Nb 3 Sn и Nb 3 Ge ) при температурах, которые были намного выше, чем у элементарных металлов, и которые могли даже превышают 20 К (-253,2 ° C). В 1986 году в исследовательской лаборатории IBM недалеко от Цюриха , в г.Швейцария , Беднорц и Мюллер искали сверхпроводимость в новом классе керамики : оксидах меди или купратах . Беднорц столкнулся с особым оксидом меди , сопротивление которого упало до нуля при температуре около -238 ° C (35,1 K). [8] Их результаты были подтверждены в ближайшее время [10] многих группы, в частности Пол Чу в Университете Хьюстона и Shoji Tanaka в Университете Токио . [11]

Вскоре после этого , в Принстонском университете , Андерсон дал первое теоретическое описание этих материалов, основанное на резонирующую теории валентных связей , [12] , но полное понимание этих материалов все еще развивается сегодня. Теперь известно, что эти сверхпроводники обладают парной симметрией d- волн [ требуется пояснение ] . Первое предположение о том, что высокотемпературная купратная сверхпроводимость включает спаривание d- волн, было сделано в 1987 году Бикерсом , Скалапино и Скалеттаром [13], а в 1988 году последовали три последующие теории Инуи, Дониаха, Хиршфельда и Рукенштейна [14].используя теорию спиновых флуктуаций, а также Грос , Пойлбланк, Райс и Чжан [15], а также Котляр и Лю идентифицировали спаривание d- волн как естественное следствие теории RVB. [16] Подтверждение d- волновой природы купратных сверхпроводников было сделано множеством экспериментов, включая прямое наблюдение узлов d- волны в спектре возбуждения с помощью фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешением, наблюдение полуцелого числа потока в туннельных экспериментах и ​​косвенно из температурной зависимости глубины проникновения, удельной теплоемкости и теплопроводности.

Сверхпроводник с самой высокой температурой перехода при атмосферном давлении - это купрат ртути, бария и кальция, около 133 К. [17] Существуют и другие сверхпроводники с более высокими зарегистрированными температурами перехода - например, супергидрид лантана при 250 К, но только они возникают при очень высоких давлениях. [18]

Происхождение высокотемпературной сверхпроводимости до сих пор неясно, но кажется, что вместо механизмов электрон- фононного притяжения, как в обычной сверхпроводимости, мы имеем дело с настоящими электронными механизмами (например, с помощью антиферромагнитных корреляций), а вместо обычных чисто s -волновое спаривание, считается, что здесь задействованы более экзотические симметрии спаривания ( d- волна в случае купратов; в основном протяженная s- волна, но иногда d- волна в случае сверхпроводников на основе железа). В 2014 году ученые EPFL обнаружили доказательства того, что фракционные частицы могут встречаться в квазидвумерных магнитных материалах.[19] подтверждают теорию высокотемпературной сверхпроводимости Андерсона. [20]

Выбор подтвержденных сверхпроводников и обычных охлаждающих агентов
T c соответственно

точка кипения

МатериалЗаметки
чернилав ° C
28714H 2 S + CH 4 при 267 ГПаПервый сверхпроводник при комнатной температуре [21]
250−23LaH 10 при 170  ГПаметаллический сверхпроводник с одной из самых высоких известных критических температур
203−70Фаза высокого давления сероводорода при 100 ГПамеханизм неясен, наблюдается изотопный эффект [22]
194,6−78,5Двуокись углерода : точка сублимации при атмосферном давлении (обычный охлаждающий агент; для справки)
138−135Hg 12 Tl 3 Ba 30 Ca 30 Cu 45 O 127высокотемпературные сверхпроводники с оксидом меди с относительно высокой

критические температуры

110−163Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 10 ( BSCCO )
92−181YBa 2 Cu 3 O 7 ( YBCO )
87−186Аргон : точка кипения при атмосферном давлении (обычный охлаждающий агент; для справки)
77−196Азот : точка кипения при атмосферном давлении (обычный охлаждающий агент; для справки)
45−228SmFeAsO 0,85 F 0,15низкотемпературные сверхпроводники с относительно высокими критическими температурами
41 год−232CeOFeAs
39−234MgB 2металлический сверхпроводник с относительно высокой критической температурой при атмосферном давлении
30−243La 2 − x Ba x CuO 4 [23]Первый высокотемпературный сверхпроводник с оксидом меди, открытый Беднорцем и Мюллером.
27−246Неон : точка кипения при атмосферном давлении (обычный охлаждающий агент; для справки)
21.15−252Водород : точка кипения при атмосферном давлении (обычный охлаждающий агент; для справки)
18−255Nb 3 Sn [23]металлические низкотемпературные сверхпроводники, имеющие техническое значение
9.2−264,0NbTi [24]
4,21-269,94Гелий : точка кипения при атмосферном давлении (обычный охлаждающий агент физики низких температур; для справки)
4,15-269,00Hg ( ртуть ) [25]металлические низкотемпературные сверхпроводники
1.09-272,06Ga ( галлий ) [25]

Свойства [ править ]

К сожалению, класс «высокотемпературных» сверхпроводников имеет множество определений в контексте сверхпроводимости.

Маркировка high- T c должна быть зарезервирована для материалов с критическими температурами выше точки кипения жидкого азота . Тем не менее, количество материалов - в том числе оригинальных открытий и недавно обнаруженная pnictide сверхпроводников - имеет критические температуры ниже 77 К , но , тем не менее, обычно называет в публикациях , как высокий Т гр класс. [26] [27]

Вещество с критической температурой выше точки кипения жидкого азота вместе с высоким критическим магнитным полем и критической плотностью тока (выше которой разрушается сверхпроводимость) принесло бы большую пользу технологическим приложениям. В магнитных приложениях высокое критическое магнитное поле может оказаться более ценным, чем высокое T c.сам. Некоторые купраты имеют верхнее критическое поле около 100 тесла. Однако купратные материалы представляют собой хрупкую керамику, которую дорого производить, и которую нелегко превратить в проволоку или другую полезную форму. Кроме того, высокотемпературные сверхпроводники не образуют больших сплошных сверхпроводящих доменов, а скорее кластеры микродоменов, внутри которых возникает сверхпроводимость. Поэтому они не подходят для применений, требующих наличия реальных сверхпроводящих токов, таких как магниты для спектрометров магнитного резонанса . [28] Для решения этой проблемы (порошки) см. HTS_wire .

Было много споров относительно сосуществования высокотемпературной сверхпроводимости с магнитным упорядочением в YBCO, [29] сверхпроводниках на основе железа , некоторых рутенкупратах и ​​других экзотических сверхпроводниках, и продолжаются поиски других семейств материалов. ВТСП - это сверхпроводники второго типа , которые позволяют магнитным полям проникать в их внутреннюю часть в квантованных единицах потока, а это означает, что для подавления сверхпроводимости требуются гораздо более высокие магнитные поля. Слоистая структура также дает направленную зависимость отклика магнитного поля.

Купраты [ править ]

Смотрите также: сверхпроводник купратов
Фазовая диаграмма купратных сверхпроводников: их можно в основном разделить на купраты, легированные электронами ( n ) и дырками ( p ), как и в основных моделях, описывающих полупроводники . Оба стандартных медных сверхпроводника, YBCO и BSCCO, в значительной степени легированы дырочками . [30]

Купраты представляют собой слоистые материалы, состоящие из сверхпроводящих слоев оксида меди , разделенных разделительными слоями. Купраты обычно имеют структуру, близкую к структуре двухмерного материала. Их сверхпроводящие свойства определяются электронами, движущимися внутри слабосвязанных слоев оксида меди (CuO 2 ). Соседние слои содержат ионы, такие как лантан , барий , стронций или другие атомы, которые действуют, чтобы стабилизировать структуру и легировать электроны или дырки на слои оксида меди. Нелегированные «родительские» или «материнские» соединения представляют собой изоляторы Мотта с дальним антиферромагнитным порядком при достаточно низких температурах. Одиночная полосаОбычно считается, что моделей достаточно для описания электронных свойств.

Купратные сверхпроводники имеют структуру перовскита. Плоскости медно-оксидных шахматном решетки с квадратами О 2- ионов с Cu 2+ ионов в центре каждого квадрата. Элементарная ячейка поворачивается на 45 ° от этих квадратов. Химические формулы сверхпроводящих материалов обычно содержат дробные числа для описания легирования, необходимого для сверхпроводимости. Существует несколько семейств купратных сверхпроводников, и их можно разделить на категории по содержащимся в них элементам и количеству соседних слоев оксида меди в каждом сверхпроводящем блоке. Например, YBCO и BSCCO могут альтернативно называться «Y123» и Bi2201 / Bi2212 / Bi2223 в зависимости от количества слоев в каждом сверхпроводящем блоке (п ). Было обнаружено, что температура сверхпроводящего перехода достигает пика при оптимальном значении легирования ( p = 0,16) и оптимальном количестве слоев в каждом сверхпроводящем блоке, обычно n = 3.

Возможные механизмы сверхпроводимости в купратах продолжают оставаться предметом серьезных дискуссий и дальнейших исследований. Выявлены некоторые общие для всех материалов аспекты. Сходство между антиферромагнетиком, низкотемпературным состоянием нелегированных материалов и сверхпроводящим состоянием, которое возникает при легировании, в первую очередь орбитальным состоянием d x 2 -y 2 ионов Cu 2+ , предполагает, что электрон-электронные взаимодействия более значительны, чем электронно-электронные. фононные взаимодействия в купратах, что делает сверхпроводимость нетрадиционной. Недавние исследования поверхности Ферми показали, что нестинг происходит в четырех точках антиферромагнитной зоны Бриллюэна.где существуют спиновые волны и что сверхпроводящая энергетическая щель больше в этих точках. Слабые изотопические эффекты, наблюдаемые для большинства купратов, контрастируют с обычными сверхпроводниками, которые хорошо описываются теорией БКШ.

Сходства и различия свойств дырочно-легированных и электронно-легированных купратов:

  • Наличие псевдощелевой фазы вплоть до оптимального допирования.
  • Различные тенденции на графике Уэмуры, связывающие температуру перехода со сверхтекучей плотностью. Обратный квадрат лондонской глубины проникновения оказывается пропорционален критической температуре для большого числа недодопированных купратных сверхпроводников, но константа пропорциональности различна для дырочных и электронных купратов. Линейный тренд подразумевает, что физика этих материалов сильно двумерна.
  • Универсальная особенность в форме песочных часов в спиновых возбуждениях купратов, измеренная с помощью неупругой дифракции нейтронов.
  • Эффект Нернста проявляется как в сверхпроводящей, так и в псевдощелевой фазах.
Рис. 1. Поверхность Ферми двухслойного BSCCO , рассчитанная (слева) и измеренная с помощью ARPES (справа). Пунктирный прямоугольник представляет первую зону Бриллюэна .

Электронная структура сверхпроводящих купратов сильно анизотропна (см. Кристаллическую структуру YBCO или BSCCO ). Следовательно, поверхность Ферми ВТСП очень близка к поверхности Ферми легированной CuO 2 плоскости (или многоплоскостей в случае многослойных купратов) и может быть представлена ​​в двумерном обратном пространстве (или импульсном пространстве). решетки CuO 2 . Типичная поверхность Ферми в пределах первой зоны Бриллюэна CuO 2 схематически изображена на рис. 1 (слева). Его можно получить из расчетов зонной структуры или измерить с помощью фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешением ( ARPES). На рис. 1 (справа) показана поверхность Ферми BSCCO, измеренная методом ARPES . В широком диапазоне концентраций носителей заряда (уровень легирования), в котором дырочно-легированные ВТСП являются сверхпроводящими, поверхность Ферми является дырочной ( т.е. открытой, как показано на рис. 1). Это приводит к внутренней анизотропии электронных свойств ВТСП.

На основе железа [ править ]

Основная статья: Сверхпроводник на основе железа
Фазовая диаграмма высокотемпературных сверхпроводников на основе железа. [31]

Сверхпроводники на основе железа содержат слои железа и пниктогена, такого как мышьяк или фосфор, или халькогена . В настоящее время это семейство со второй по величине критической температурой после купратов. Интерес к их сверхпроводящим свойствам начался в 2006 году с открытия сверхпроводимости в LaFePO при 4 К [32] и привлек гораздо большее внимание в 2008 году после того, как было обнаружено, что аналогичный материал LaFeAs (O, F) [33] обладает сверхпроводимостью при температурах до 43 К. под давлением. [34] Самые высокие критические температуры в семействе сверхпроводников на основе железа существуют в тонких пленках FeSe, [35] [36] [37]где в 2014 году сообщалось о критической температуре, превышающей 100 К. [38]

Со времени первых открытий появилось несколько семейств сверхпроводников на основе железа:

  • LnFeAs (O, F) или LnFeAsO 1 − x (Ln = лантаноид) с T c до 56 K, называемые материалами 1111. [5] фторид вариант этих материалов было впоследствии найдено с аналогичными Т гр значений. [39]
  • (Ba, K) Fe 2 As 2 и родственные материалы с парами слоев арсенида железа, обозначаемые как 122 соединения. Диапазон значений T c составляет до 38 К. [40] [41] Эти материалы также становятся сверхпроводниками при замене железа на кобальт .
  • LiFeAs и NaFeAs с T c примерно до 20 К. Эти материалы обладают сверхпроводимостью, близкой к стехиометрической, и называются соединениями 111. [42] [43] [44]
  • FeSe с малой нестехиометрией или легирование теллуром . [45]

Большинство нелегированных сверхпроводников на основе железа демонстрируют тетрагонально-орторомбический структурный фазовый переход, за которым при более низкой температуре следует магнитное упорядочение, подобное купратным сверхпроводникам. [46] Однако это плохие металлы, а не изоляторы Мотта, и они имеют пять зон на поверхности Ферми, а не одну. [31] Фазовая диаграмма, возникающая при легировании слоев арсенида железа, очень похожа: сверхпроводящая фаза близка к магнитной фазе или перекрывает ее. Уже появились убедительные доказательства того, что значение T c изменяется в зависимости от валентных углов As-Fe-As, и показывает, что оптимальное значение T c достигается с неискаженным FeAs 4.тетраэдры. [47] Симметрия волновой функции спаривания все еще широко обсуждается, но в настоящее время отдается предпочтение расширенному сценарию s- волны.

Диборид магния [ править ]

Диборид магния иногда называют высокотемпературным сверхпроводником [48], потому что его значение T c 39 K выше, чем исторически ожидалось для сверхпроводников BCS . Однако, как правило, он считается обычным сверхпроводником с самой высокой T c , так как повышенная T c является результатом присутствия двух отдельных зон на уровне Ферми .

Фуллеридные сверхпроводники [49], в которых атомы щелочных металлов интеркалированы в молекулы C 60 , демонстрируют сверхпроводимость при температурах до 38 K для Cs 3 C 60 . [50]

Никелаты [ править ]

В 1999 г. Анисимов и др. предсказал сверхпроводимость в никелатах, предложив оксиды никеля в качестве прямых аналогов купратных сверхпроводников. [51] В конце 2019 года сообщалось о сверхпроводимости в никелате с бесконечным слоем Nd 0,8 Sr 0,2 NiO 2 с температурой сверхпроводящего перехода от 9 до 15 К. Эта сверхпроводящая фаза наблюдается в тонких пленках с восстановленным кислородом, созданных импульсным излучением. лазерное осаждение Nd 0.8 Sr 0.2 NiO 3 на подложки SrTiO 3, который затем восстанавливается до Nd 0.8 Sr 0.2 NiO 2путем отжига тонких пленок при 260-280 ◦ C в присутствии CaH 2 . [52] [53] Сверхпроводящая фаза наблюдается только в пленке с пониженным содержанием кислорода и не наблюдается в массивном материале с пониженным содержанием кислорода той же стехиометрии, что позволяет предположить, что деформация, вызванная восстановлением кислорода тонкой пленки Nd 0.8 Sr 0.2 NiO 2 изменяет фазовое пространство, чтобы учесть сверхпроводимость. [54]

Магнитные свойства [ править ]

Все известные высокого T C сверхпроводники являются сверхпроводниками типа II. В отличие от сверхпроводников типа I , которые вытесняют все магнитные поля из-за эффекта Мейснера , сверхпроводники типа II позволяют магнитным полям проникать внутрь в квантованных единицах потока, создавая «дыры» или «трубки» нормальных металлических областей в сверхпроводящий объем, называемый вихрями . Следовательно, с высоким T C сверхпроводники может выдержать намного выше магнитных полей.

Купраты [ править ]

См. Также: купрат

Структура купратов, которые являются сверхпроводниками, часто тесно связаны со структурой перовскита , и структура этих соединений описывается как искаженная многослойная структура перовскита с дефицитом кислорода . Одним из свойств кристаллической структуры оксидных сверхпроводников является чередование многослойных плоскостей CuO 2 со сверхпроводимостью между этими слоями. Чем больше слоев CuO 2 , тем выше T c . Эта структура вызывает большую анизотропию нормальных проводящих и сверхпроводящих свойств, поскольку электрические токи переносятся дырками, индуцированными в кислородных центрах CuO 2.листы. Электропроводность сильно анизотропна, с гораздо более высокой проводимостью параллельно плоскости CuO 2, чем в перпендикулярном направлении. Обычно критические температуры зависят от химического состава, замещения катионов и содержания кислорода. Их можно отнести к разряду супер полосок ; т.е. частные реализации сверхрешеток на атомном пределе, состоящие из сверхпроводящих атомных слоев, проводов, точек, разделенных разделительными слоями, что дает многозонную и многощелевую сверхпроводимость.

Иттрий-бариевый купрат [ править ]

Элементарная ячейка для купрата бария и иттрия (YBCO)

Купрат иттрия-бария, YBa 2 Cu 3 O 7 − x (или Y123), был первым сверхпроводником, обнаруженным выше точки кипения жидкого азота . На каждый атом иттрия приходится два атома бария. Пропорции трех различных металлов в сверхпроводнике YBa 2 Cu 3 O 7 находятся в молярном соотношении от 1 до 2 до 3 для иттрия, бария и меди, соответственно: этот конкретный сверхпроводник также часто называют сверхпроводником 123.

Элементарная ячейка YBa 2 Cu 3 O 7 состоит из трех элементарных ячеек перовскита, которая является псевдокубической, почти орторомбической . Остальные сверхпроводящие купраты имеют другое строение: они имеют тетрагональную ячейку. Каждая перовскитная ячейка содержит атом Y или Ba в центре: Ba в нижней элементарной ячейке, Y в средней и Ba в верхней элементарной ячейке. Таким образом, Y и Ba укладываются в последовательность [Ba – Y – Ba] вдоль оси c. Все угловые позиции элементарной ячейки заняты Cu, которая имеет две разные координации, Cu (1) и Cu (2), по отношению к кислороду. Существует четыре возможных кристаллографических сайта кислорода: O (1), O (2), O (3) и O (4). [55]Координационные полиэдры Y и Ba по отношению к кислороду различны. Утроение элементарной ячейки перовскита приводит к девяти атомам кислорода, тогда как YBa 2 Cu 3 O 7 имеет семь атомов кислорода и, следовательно, упоминается как структура перовскита с дефицитом кислорода. Структура состоит из нескольких слоев: (CuO) (BaO) (CuO 2 ) (Y) (CuO 2 ) (BaO) (CuO). Одной из ключевых особенностей элементарной ячейки YBa 2 Cu 3 O 7 − x (YBCO) является наличие двух слоев CuO 2 . Роль плоскости Y - служить разделителем между двумя CuO 2самолеты. В YBCO цепи Cu – O, как известно, играют важную роль в сверхпроводимости. T c максимальна вблизи 92 K, когда x  ≈ 0,15 и структура ромбическая. Сверхпроводимость исчезает при x  ≈ 0,6, где происходит структурное превращение YBCO из орторомбического в тетрагональное. [56]

Другие купраты [ править ]

Кристаллическая решетка купрата висмута и стронция ( BSCCO )

Приготовление других купратов сложнее, чем препарат YBCO. У них также другая кристаллическая структура: они тетрагональные, где YBCO орторомбический . Проблемы в этих сверхпроводниках возникают из-за существования трех или более фаз, имеющих аналогичную слоистую структуру. Более того, кристаллическая структура других протестированных купратных сверхпроводников очень похожа. [57] Как и YBCO, в этих сверхпроводниках также присутствуют свойства перовскитного типа и наличие слоев простого оксида меди (CuO 2 ). Однако, в отличие от YBCO, в этих сверхпроводниках отсутствуют цепочки Cu – O. Сверхпроводник YBCO имеет ромбическую структуру, в то время как другие высокий Т с сверхпроводники имеют тетрагональную структуру.

Существует три основных класса сверхпроводящих купратов: на основе висмута, на основе таллия и на основе ртути.

Вторым по практическому значению купратом в настоящее время является BSCCO , соединение Bi – Sr – Ca-Cu-O . Содержание висмута и стронция создает некоторые химические проблемы. Он имеет три сверхпроводящие фазы, образующие гомологичную серию как Bi 2 Sr 2 Ca n -1 Cu n O 4 + 2 n + x ( n = 1, 2 и 3). Этими тремя фазами являются Bi-2201, Bi-2212 и Bi-2223, имеющие температуры перехода 20, 85 и 110 К соответственно, где система нумерации представляет количество атомов для Bi Sr, Ca и Cu соответственно. [58]Две фазы имеют тетрагональную структуру, состоящую из двух кристаллографических элементарных ячеек со сдвигом. Элементарная ячейка этих фаз имеет двойные плоскости Bi – O, которые уложены друг на друга таким образом, что атом Bi одной плоскости находится ниже атома кислорода следующей последующей плоскости. Атом Са образует слой внутри слоев CuO 2 как в Bi-2212, так и в Bi-2223; в фазе Bi-2201 отсутствует слой Ca. Эти три фазы отличаются друг от друга количеством купратных плоскостей; Фазы Bi-2201, Bi-2212 и Bi-2223 имеют одну, две и три плоскости CuO 2 соответственно. сосевые постоянные решетки этих фаз возрастают с увеличением числа купратных плоскостей (см. таблицу ниже). Координация атома Cu различна в трех фазах. Атом Cu образует октаэдрическую координацию по отношению к атомам кислорода в фазе 2201, тогда как в 2212 году атом Cu окружен пятью атомами кислорода в пирамидальном расположении. В структуре 2223 Cu имеет две координации по отношению к кислороду: один атом Cu связан с четырьмя атомами кислорода в квадратной плоской конфигурации, а другой атом Cu координирован с пятью атомами кислорода в пирамидальном расположении. [59]

Купрат Tl – Ba – Ca: первая серия сверхпроводника на основе Tl, содержащего один слой Tl – O, имеет общую формулу TlBa 2 Ca n -1 Cu n O 2 n +3 , [60] тогда как вторая серия, содержащая два слоя. Слои Tl – O имеют формулу Tl 2 Ba 2 Ca n -1 Cu n O 2 n +4 с n  = 1, 2 и 3. В структуре Tl 2 Ba 2 CuO 6 (Tl-2201) присутствует один CuO 2слой с последовательностью укладки (Tl – O) (Tl – O) (Ba – O) (Cu – O) (Ba – O) (Tl – O) (Tl – O). В Tl 2 Ba 2 CaCu 2 O 8 (Tl-2212) есть два слоя Cu – O со слоем Ca между ними. Подобно структуре Tl 2 Ba 2 CuO 6 , слои Tl – O присутствуют вне слоев Ba – O. В Tl 2 Ba 2 Ca 2 Cu 3 O 10 (Tl-2223) есть три слоя CuO 2, охватывающие слои Ca между каждым из них. Обнаружено, что в сверхпроводниках на основе Tl T c увеличивается с увеличением CuO 2.слои. Однако значение T c уменьшается после четырех слоев CuO 2 в TlBa 2 Ca n -1 Cu n O 2 n +3 , а в соединении Tl 2 Ba 2 Ca n -1 Cu n O 2 n +4 оно уменьшается. после трех слоев CuO 2 . [61]

Купрат HgBa из-Са кристаллической структуры HgBa 2 CuO 4 (Hg-1201), [62] HgBa 2 CaCu 2 O 6 (Hg-1212) и HgBa 2 Ca 2 Cu 3 O 8 (Hg-1223) является аналогичен таковому у Tl-1201, Tl-1212 и Tl-1223, с Hg вместо Tl. Примечательно, что T c соединения Hg (Hg-1201), содержащего один слой CuO 2, намного больше, чем у соединения таллия с одним слоем CuO 2 (Tl-1201). В сверхпроводнике на основе Hg также обнаружено , что T c увеличивается с увеличением CuO2 слой увеличивается. Для Hg-1201, Hg-1212 и Hg-1223 значения T c равны 94, 128 и рекордное значение при атмосферном давлении 134 K, [63] соответственно, как показано в таблице ниже. Наблюдение за тем, что T c Hg-1223 увеличивается до 153 K под высоким давлением, указывает на то, что T c этого соединения очень чувствительно к структуре соединения. [64]

Температура сверхпроводимости, кристаллическая структура и постоянные решетки некоторых купратных сверхпроводников
ИмяФормулаТемпература
(K)		Число
плоскостей
CuO 2 в
элементарной ячейке		Кристальная структура
Y-123YBa 2 Cu 3 O 7922Орторомбический
Би-2201Bi 2 Sr 2 CuO 6201Тетрагональный
Би-2212Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O 8852Тетрагональный
Би-2223Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 101103Тетрагональный
Tl-2201Tl 2 Ba 2 CuO 6801Тетрагональный
TL-2212Tl 2 Ba 2 CaCu 2 O 81082Тетрагональный
TL-2223Tl 2 Ba 2 Ca 2 Cu 3 O 101253Тетрагональный
TL-1234TlBa 2 Ca 3 Cu 4 O 111224Тетрагональный
Hg-1201HgBa 2 CuO 4941Тетрагональный
Hg-1212HgBa 2 CaCu 2 O 61282Тетрагональный
Hg-1223HgBa 2 Ca 2 Cu 3 O 81343Тетрагональный

Подготовка и изготовление [ править ]

Самый простой метод получения керамических сверхпроводников - это термохимическая реакция в твердом состоянии, включающая смешивание, прокаливание и спекание . Соответствующие количества порошков предшественников, обычно оксидов и карбонатов, тщательно перемешивают с использованием шаровой мельницы . Химические процессы в растворах, такие как соосаждение , сублимационная сушка и золь-гель методы, являются альтернативными способами приготовления гомогенной смеси. Эти порошки кальцинированы.в диапазоне температур от 800 ° С до 950 ° С в течение нескольких часов. Порошки охлаждаются, перетираются и снова кальцинируются. Этот процесс повторяется несколько раз, чтобы получить однородный материал. Затем порошки прессуют в таблетки и спекают. Спекание среда таких как температура, время, отжиг атмосферы и скорость охлаждение играет очень важную роль в получении хорошей высокотемпературной T с сверхпроводящими материалами. Соединение YBa 2 Cu 3 O 7− x получают прокаливанием и спеканием гомогенной смеси Y 2 O 3 , BaCO 3.и CuO в соответствующем атомном соотношении. Прокаливание проводится при 900–950 ° C, а спекание - при 950 ° C в атмосфере кислорода. Стехиометрия кислорода в этом материале очень важна для получения сверхпроводящего соединения YBa 2 Cu 3 O 7− x . Во время спекания образуется полупроводниковое тетрагональное соединение YBa 2 Cu 3 O 6 , которое при медленном охлаждении в атмосфере кислорода превращается в сверхпроводящее YBa 2 Cu 3 O 7− x . Поглощение и потеря кислорода обратимы в YBa 2 Cu 3 O 7 −x.. Полностью оксигенированный орторомбический образец YBa 2 Cu 3 O 7− x может быть преобразован в тетрагональный YBa 2 Cu 3 O 6 путем нагревания в вакууме при температуре выше 700 ° C. [56]

Подготовка би- и TL- Hg на основе высоких Т гр сверхпроводников является более трудной , чем YBCO препарат. Проблемы в этих сверхпроводниках возникают из-за существования трех или более фаз, имеющих аналогичную слоистую структуру. Таким образом, во время синтеза возникают синтаксические срастания и дефекты, такие как дефекты упаковки, и становится трудно изолировать одну сверхпроводящую фазу. Для Bi – Sr – Ca – Cu – O относительно просто приготовить  фазу Bi-2212 ( T c ≈ 85 K), тогда как приготовить одну фазу Bi-2223 ( T c ≈ 110 К). Фаза Bi-2212 появляется только после нескольких часов спекания при 860–870 ° C, но большая часть фазы Bi-2223 образуется после длительного времени реакции, более недели при 870 ° C. [59] Несмотря на то, замещение Pb в соединении Bi-Sr-Ca-Cu-O Было обнаружено , что способствует росту высоковольтным Т гр фазы, [65] длительное врем спекани по - прежнему требуется.

Текущее исследование [ править ]

Вопрос о том, как возникает сверхпроводимость в высокотемпературных сверхпроводниках, является одной из основных нерешенных проблем теоретической физики конденсированного состояния . Механизм, который заставляет электроны в этих кристаллах образовывать пары, неизвестен. Несмотря на интенсивные исследования и многообещающие выводы, объяснение до сих пор ускользает от ученых. Одна из причин этого заключается в том, что рассматриваемые материалы, как правило, представляют собой очень сложные многослойные кристаллы (например, BSCCO ), что затрудняет теоретическое моделирование.

Улучшение качества и разнообразия образцов также дает повод для значительных исследований, как с целью улучшения характеристик физических свойств существующих соединений, так и для синтеза новых материалов, часто с надеждой на увеличение T c . Технологические исследования сосредоточены на производстве ВТСП-материалов в количествах, достаточных для того, чтобы их использование было экономически целесообразным, и оптимизации их свойств в зависимости от применения . [66]

Теоретические модели [ править ]

Существуют две репрезентативные теории высокотемпературной или нетрадиционной сверхпроводимости . Во-первых, теория слабой связи предполагает, что сверхпроводимость возникает из-за антиферромагнитных спиновых флуктуаций в легированной системе. [67] Согласно этой теории, волновая функция спаривания купратных ВТСП должна иметь симметрию d x 2 -y 2 . Таким образом, определение того, имеет ли волновая функция спаривания симметрию d- волны, необходимо для проверки механизма спиновых флуктуаций. То есть, если параметр порядка ВТСП (волновая функция спаривания) не имеет d-волновой симметрии, то можно исключить механизм спаривания, связанный со спиновыми флуктуациями. (Аналогичные аргументы можно привести для сверхпроводников на основе железа, но разные свойства материалов допускают различную симметрию спаривания.) Во-вторых, существовала модель межслойной связи , согласно которой слоистая структура, состоящая из сверхпроводников типа БКШ ( симметрия s- волны) может сам по себе усилить сверхпроводимость. [68] Путем введения дополнительного туннельного взаимодействия между каждым слоем эта модель успешно объяснила анизотропную симметрию параметра порядка, а также возникновение ВТСП. Таким образом, чтобы решить эту нерешенную проблему, было проведено множество экспериментов, таких как фотоэмиссионная спектроскопия ,ЯМР , измерения теплоемкости и т. Д. До настоящего времени результаты были неоднозначными, некоторые отчеты поддерживали d- симметрию для HTS, тогда как другие поддерживали s- симметрию. Эта мутная ситуация, возможно, возникла из-за косвенного характера экспериментальных данных, а также из-за экспериментальных проблем, таких как качество образца, примесное рассеяние, двойникование и т. Д.

В этом резюме делается неявное предположение : сверхпроводящие свойства можно рассматривать с помощью теории среднего поля . Также не упоминается, что помимо сверхпроводящей щели существует вторая щель, псевдощель . Слои купратов являются изолирующими, а сверхпроводники легированы межслойными примесями, чтобы сделать их металлическими. Температуру сверхпроводящего перехода можно максимизировать, варьируя концентрацию примеси . Самый простой пример - это La 2 CuO 4 , который состоит из чередующихся слоев CuO 2 и LaO, которые в чистом виде являются изолирующими. Когда 8% La заменяется на Sr, последний действует как легирующая добавка , создавая дырки в CuO2 слоя и сделав образец металлическим. Примеси Sr также действуют как электронные мосты, обеспечивая межслойное взаимодействие. Исходя из этой картины, некоторые теории утверждают, что основным спаривающим взаимодействием по-прежнему является взаимодействие с фононами , как в обычных сверхпроводниках с куперовскими парами . В то время как нелегированные материалы являются антиферромагнитными, даже несколько процентов примесных примесей создают меньшую псевдощель в плоскостях CuO 2, что также вызвано фононами.. Щель уменьшается с увеличением носителей заряда, и по мере приближения к сверхпроводящей щели последняя достигает своего максимума. Причина высокой температуры перехода, как утверждается, связана с перколяционным поведением носителей - носители следуют зигзагообразными перколяционными путями, в основном в металлических доменах в плоскостях CuO 2 , до тех пор, пока они не будут заблокированы доменными стенками с волновой зарядовой плотностью , где они используют легирующие перемычки для перехода к металлической области соседней плоскости CuO 2 . Максимумы температуры перехода достигаются, когда решетка-основа имеет слабые силы изгиба связей, которые вызывают сильные электрон-фононные взаимодействия на межслоевых добавках. [69]

D-симметрия в YBCO [ править ]

S-магнит левитирует над высокотемпературным охлаждаемым жидким азотом : это случай эффекта Мейснера .

Для проверки симметрии параметра порядка в ВТСП был предложен эксперимент, основанный на квантовании потока трехзеренного кольца YBa 2 Cu 3 O 7 (YBCO). Симметрию параметра порядка лучше всего исследовать на границе перехода, когда куперовские пары туннелируют через джозефсоновский переход или слабое звено. [70] Ожидалось, что полуцелочисленный поток, то есть спонтанное намагничивание, может возникнуть только для перехода dсимметрия сверхпроводников. Но даже если эксперимент с переходом - самый надежный метод определения симметрии параметра порядка ВТСП, результаты были неоднозначными. JR Kirtley и CC Tsuei думали, что неоднозначные результаты были вызваны дефектами внутри HTS, поэтому они разработали эксперимент, в котором одновременно учитывались как чистый предел (без дефектов), так и грязный предел (максимальные дефекты). [71] В эксперименте явно наблюдалась спонтанная намагниченность в YBCO, что поддерживало d- симметрию параметра порядка в YBCO. Но поскольку YBCO является ромбическим, он может иметь примесь s- симметрии. Таким образом, усовершенствовав свою технику дальше, они обнаружили, что есть примесь sсимметрия в YBCO в пределах около 3%. [72] Кроме того, они обнаружили, что существует чистая симметрия параметра порядка d x 2 -y 2 в тетрагональном Tl 2 Ba 2 CuO 6 . [73]

Механизм спиновых колебаний [ править ]

Основная статья: Теория резонирующей валентной связи

Несмотря на все эти года, механизм высокой Т гр сверхпроводимости остается весьма спорный, в основном из - за отсутствие точных теоретических вычислений на таких сильно взаимодействующие электронные системах. Однако самые строгие теоретические расчеты, включая феноменологический и схематический подходы, сходятся на магнитных флуктуациях как механизме спаривания для этих систем. Качественное объяснение таково:

В сверхпроводнике поток электронов не может быть разделен на отдельные электроны, а вместо этого состоит из множества пар связанных электронов, называемых куперовскими парами. В обычных сверхпроводниках эти пары образуются, когда электрон, движущийся через материал, искажает окружающую кристаллическую решетку, которая, в свою очередь, притягивает другой электрон и образует связанную пару. Иногда это называют эффектом «водяной кровати». Каждая куперовская пара требует определенного минимума энергии для смещения, и если тепловые флуктуации в кристаллической решетке меньше этой энергии, пара может течь без рассеивания энергии. Эта способность электронов течь без сопротивления приводит к сверхпроводимости.

В высоком Т гр сверхпроводника, механизм чрезвычайно похож на обычный сверхпроводник, за исключением того , в этом случае, фононы практически не играют никакой роли и их роль заменяются волнами спиновой плотности. Подобно тому , как все известные обычные сверхпроводники являются сильными фононными системами, весь известный высоким Т с сверхпроводниками сильные волн спиновой плотности система, в непосредственной близости от магнитного перехода к, например, антиферромагнетик. Когда электрон движется с высокой T cсверхпроводник, его спин создает вокруг него волну спиновой плотности. Эта волна спиновой плотности, в свою очередь, заставляет соседний электрон упасть в спиновую депрессию, созданную первым электроном (снова эффект водяного слоя). Таким образом, снова образуется куперовская пара. Когда температура системы понижается, создается больше волн спиновой плотности и куперовских пар, что в конечном итоге приводит к сверхпроводимости. Обратите внимание, что в системах с высокими T c , поскольку эти системы являются магнитными системами из-за кулоновского взаимодействия, между электронами существует сильное кулоновское отталкивание. Это кулоновское отталкивание предотвращает спаривание куперовских пар на одном узле решетки. В результате спаривание электронов происходит в ближайших узлах решетки. Это так называемый d-волновая пара, где состояние спаривания имеет узел (ноль) в начале координат.

Примеры [ править ]

Основная статья: Список сверхпроводников

Примеры высокого Т с купратными сверхпроводниками включают YBCO и BSCCO , которые являются наиболее известными материалами , которые достигают сверхпроводимость выше точек кипения жидкого азота.

Температуры большинства практичных сверхпроводников и хладагентов при обычных давлениях
Температура переходаПунктТип материала
195 К (-78 ° С)Сухой лед (углекислый газ) - сублимацияОхлаждающая жидкость
184 К (-89 ° С)Самая низкая температура, зарегистрированная на ЗемлеОхлаждающая жидкость
110 К (-163 ° С)BSCCOКупратные сверхпроводники
93 К (-180 ° С)YBCO
77 К (-196 ° С)Азот - КипящийОхлаждающая жидкость
55 К (−218 ° С)SmFeAs (O, F)Сверхпроводники на основе железа
41 К (−232 ° С)CeFeAs (O, F)
26 К (-247 ° С)LaFeAs (O, F)
18 К (-255 ° С)Nb 3 SnМеталлические низкотемпературные сверхпроводники
3К (-270 ° С)Гелий - кипящийОхлаждающая жидкость
3К (-270 ° С)Hg ( ртуть : первый открытый сверхпроводник)Металлические низкотемпературные сверхпроводники

См. Также [ править ]

  • Куперовская пара  - пара электронов (или других фермионов), связанных вместе при низких температурах определенным образом, что отвечает за сверхпроводимость, как описано в теории БКШ.
  • Накачка потока  - процесс намагничивания сверхпроводников
  • Макроскопические квантовые явления  - процессы, демонстрирующие квантовое поведение в макроскопическом масштабе, а не в атомном масштабе, где преобладают квантовые эффекты; Квантовая когерентность в макроскопическом масштабе приводит к макроскопическим квантовым явлениям
  • Смешанная проводимость
  • Псевдощель  - состояние, при котором поверхность Ферми имеет частичную энергетическую щель в физике конденсированного состояния.
  • КАЛЬМАР
  • Сверхполоски  - фаза нарушения симметрии, способствующая возникновению сверхпроводящего или сверхтекучего порядка.
  • Сверхпроводящий провод  - Провода с нулевым сопротивлением.
  • Классификация сверхпроводников  - различные типы сверхпроводников
  • Купратные сверхпроводники  - Тип высокотемпературного сверхпроводника

Ссылки [ править ]

  1. ^ Timmer, Джон (май 2011). «Спустя 25 лет поиск сверхпроводников с более высокими температурами продолжается» . Ars Technica . Архивировано 4 марта 2012 года . Проверено 2 марта 2012 года .
  2. ^ Плакида, N. (2010). Высокотемпературные купратные сверхпроводники . Серия Спрингера в науках о твердом теле. Springer. п. 480. ISBN 9783642126321.
  3. ^ а б Сондерс, П.Дж.; Форд, Джорджия (2005). Расцвет сверхпроводников . Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. ISBN 9780748407729.
  4. ↑ Чой, Чарльз К. «Новый железный век: новый класс сверхпроводников может помочь раскрыть загадочную физику» . Scientific American . Проверено 25 октября 2019 года .
  5. ^ а б Рен, Чжи-Ань; Че, Гуан-Цань; Дун, Сяо-Ли; Ян, Цзе; Лу, Вэй; Йи, Вэй; и другие. (2008). «Сверхпроводимость и фазовая диаграмма в оксидах мышьяка на основе железа ReFeAsO1 − δ (Re = редкоземельный металл) без легирования фтором». EPL . 83 (1): 17002. arXiv : 0804.2582 . Bibcode : 2008EL ..... 8317002R . DOI : 10.1209 / 0295-5075 / 83/17002 . S2CID 96240327 . 
  6. ^ Беднорц, JG; Мюллер, К.А. (1986). «Возможная сверхпроводимость с высокими T c в системе Ba-La-Cu-O». Zeitschrift für Physik Б . 64 (2): 189–193. Bibcode : 1986ZPhyB..64..189B . DOI : 10.1007 / BF01303701 . S2CID 118314311 . 
  7. ^ "1987: Й. Георг Беднорц, К. Алекс Мюллер" . Nobelprize.org . Нобелевская премия по физике. Архивировано из оригинального 19 сентября 2008 года . Проверено 19 апреля 2012 года .
  8. ^ a b Нисбетт, Алек (продюсер) (1988). Сверхпроводник: Гонка за призом (телевизионный эпизод).
  9. ^ Mourachkine, A. (2004). Сверхпроводимость при комнатной температуре . Кембридж, Великобритания: Cambridge International Science Publishing. Bibcode : 2006 second.mat..6187M . ISBN 978-1-904602-27-9. cond – mat / 0606187.
  10. ^ Стюарт Вольф и Владимир З. Кресин, редакторы, новая сверхпроводимость, Springer (октябрь 1987)
  11. Перейти ↑ Tanaka, Shoji (2001). «Высокотемпературная сверхпроводимость: история и перспективы» (PDF) . JSAP International . Архивировано (PDF) из оригинала 16 августа 2012 года . Проверено 2 марта 2012 года .
  12. ^ Андерсон, Филипп (1987). «Состояние резонирующей валентной связи в la-2CuO-4 и сверхпроводимость». Наука . 235 (4793): 1196–1198. Bibcode : 1987Sci ... 235.1196A . DOI : 10.1126 / science.235.4793.1196 . PMID 17818979 . S2CID 28146486 .  
  13. ^ Бикерс, штат Нью-Йорк; Скалапино, диджей; Scalettar, RT (1987). «CDW и SDW опосредованные парные взаимодействия». Int. J. Mod. Phys. B . 1 (3n04): 687–695. Bibcode : 1987IJMPB ... 1..687B . DOI : 10.1142 / S0217979287001079 .
  14. ^ Инуи, Масахико; Доних, Себастьян; Хиршфельд, Питер Дж .; Рукенштейн, Андрей Е .; Zhao, Z .; Ян, Q .; Ni, Y .; Лю, Г. (1988). «Сосуществование антиферромагнетизма и сверхпроводимости в теории среднего поля высокой Т гр сверхпроводников» . Phys. Rev. B . 37 (10): 5182–5185. Bibcode : 1988PhRvB..37.5182D . DOI : 10.1103 / PhysRevB.37.5182 . PMID 9943697 . Архивировано из оригинального 3 -го июля 2013 года . 
  15. ^ Гро, Клавдий; Poilblanc, Дидье; Райс, Т. Морис; Чжан, ФК (1988). «Сверхпроводимость в коррелированных волновых функциях». Physica C . 153–155: 543–548. Bibcode : 1988PhyC..153..543G . DOI : 10.1016 / 0921-4534 (88) 90715-0 .
  16. ^ Котляр, Габриэль; Лю, Цзялинь (1988). «Суперобменный механизм и d-волновая сверхпроводимость». Physical Review B . 38 (7): 5142–5145. Bibcode : 1988PhRvB..38.5142K . DOI : 10.1103 / PhysRevB.38.5142 . PMID 9946940 . 
  17. ^ Шиллинг, А .; Cantoni, M .; Guo, JD; Отт, Х.Р. (1993). «Сверхпроводимость в системе Hg-Ba-Ca-Cu-O». Природа . 363 (6424): 56–58. Bibcode : 1993Natur.363 ... 56S . DOI : 10.1038 / 363056a0 . S2CID 4328716 . 
  18. ^ Дроздов, А.П .; Kong, PP; Миньков ВС; Беседин, ИП; Кузовников, М.А. Mozaffari, S .; Balicas, L .; Балакирев Ф.Ф .; Graf, DE; Пракапенко, В.Б .; Greenberg, E .; Князев Д.А.; Ткач, М .; Еремец М.И. (2019). «Сверхпроводимость при 250 К в гидриде лантана при высоких давлениях». Природа . 569 (7757): 528–531. arXiv : 1812.01561 . Bibcode : 2019Natur.569..528D . DOI : 10.1038 / s41586-019-1201-8 . PMID 31118520 . S2CID 119231000 .  
  19. ^ Dalla Piazza, B .; Mourigal, M .; Christensen, NB; Nilsen, GJ; Tregenna-Piggott, P .; Перринг, Т.Г.; и другие. (2015). «Дробные возбуждения в квантовом антиферромагнетике с квадратной решеткой» . Физика природы . 11 (1): 62–68. arXiv : 1501.01767 . Bibcode : 2015NatPh..11 ... 62D . DOI : 10.1038 / nphys3172 . PMC 4340518 . PMID 25729400 .  
  20. ^ «Как электроны расщепляются: новое свидетельство экзотического поведения» . Нановерк (пресс-релиз). Федеральная политехническая школа Лозанны. 23 декабря 2014 года. Архивировано 23 декабря 2014 года . Проверено 23 декабря 2014 .
  21. ^ Снайдер, Эллиот; Дасенброк-Гаммон, Натан; Макбрайд, Раймонд; Дебессай, Мэтью; Виндана, Хиранья; Венкатасами, Кевин; Лоулер, Кейт V .; Саламат, Ашкан; Диас, Ранга П. (октябрь 2020 г.). «Комнатная сверхпроводимость в углеродистом гидриде серы» . Природа . 586 (7829): 373–377. Bibcode : 2020Natur.586..373S . DOI : 10.1038 / s41586-020-2801-Z . ISSN 1476-4687 . PMID 33057222 .  
  22. ^ Дроздов, А.П .; Еремец М.И. Троян, ИА; Ксенофонтов, В .; Шилин, С.И. (сентябрь 2015 г.). «Обычная сверхпроводимость при 203 кельвина при высоких давлениях в системе гидрида серы» . Природа . 525 (7567): 73–76. arXiv : 1506.08190 . Bibcode : 2015Natur.525 ... 73D . DOI : 10,1038 / природа14964 . ISSN 0028-0836 . PMID 26280333 . S2CID 4468914 .   
  23. ^ a b «Примеры сверхпроводимости» . hyperphysics.phy-astr.gsu.edu . Проверено 14 июня 2020 .
  24. ^ Flükiger, R .; Hariharan, SY; Küntzler, R .; Луо, HL; Weiss, F .; Wolf, T .; Сюй, JQ (1994). «Nb-Ti». In Flükiger, R .; Клозе, W. (ред.). Материалы . 21b2: Nb-H - Nb-Zr, Nd – Np. Берлин, Германия; Гейдельберг, Германия: Springer-Verlag. С. 222–229. DOI : 10.1007 / 10423690_53 . ISBN 978-3-540-57541-2. Проверено 14 июня 2020 .
  25. ^ a b Киттель, Чарльз (1996). Введение в физику твердого тела (7-е изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Wiley. ISBN 0-471-11181-3. OCLC  32468930 .
  26. ^ Норман, Майкл Р. (2008). «Тренд: Высокотемпературная сверхпроводимость в пниктидах железа» . Физика . 1 (21): 21. Bibcode : 2008PhyOJ ... 1 ... 21N . DOI : 10.1103 / Physics.1.21 .
  27. ^ "Высокотемпературная сверхпроводимость: Купраты" . Группа Деверо . Стэндфордский Университет. Архивировано из оригинального 15 июня 2010 года . Проверено 30 марта 2012 года .
  28. ^ Graser, S .; Hirschfeld, PJ; Копп, Т .; Gutser, R .; Андерсен, Б.М.; Маннхарт, Дж. (27 июня 2010 г.). «Как границы зерен ограничивают сверхтоки в высокотемпературных сверхпроводниках». Физика природы . 6 (8): 609–614. arXiv : 0912.4191 . Bibcode : 2010NatPh ... 6..609G . DOI : 10.1038 / nphys1687 .
  29. ^ Sanna, S .; Аллоди, Г .; Concas, G .; Hillier, A .; Ренци, Р. (2004). «Наноскопическое сосуществование магнетизма и сверхпроводимости в YBa 2 Cu 3 O 6 + x, обнаруженное по вращению спина мюона». Письма с физическим обзором . 93 (20): 207001. arXiv : cond-mat / 0403608 . Bibcode : 2004PhRvL..93t7001S . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.93.207001 . PMID 15600957 . S2CID 34327069 .  
  30. ^ Хартингер, К. "DFG FG 538 - Допинговая зависимость фазовых переходов и упорядочения явлений в купратных сверхпроводниках" . wmi.badw-muenchen.de . Архивировано 27 декабря 2008 года . Проверено 29 октября 2009 года .
  31. ^ а б Кордюк А А (2012). «Сверхпроводники на основе железа: магнетизм, сверхпроводимость и электронная структура (обзорная статья)» (PDF) . Низкая температура. Phys . 38 (9): 888–899. arXiv : 1209.0140 . Bibcode : 2012LTP .... 38..888K . DOI : 10.1063 / 1.4752092 . S2CID 117139280 . Архивировано 11 мая 2015 года (PDF) .  
  32. ^ Kamihara, Y .; Hiramatsu, H .; Hirano, M .; Kawamura, R .; Yanagi, H .; Kamiya, T .; Хосоно, Х. (2006). «Слоистый сверхпроводник на основе железа: LaOFeP». Журнал Американского химического общества . 128 (31): 10012–10013. DOI : 10.1021 / ja063355c . PMID 16881620 . 
  33. ^ Kamihara, Y .; Watanabe, T .; Hirano, M .; Хосоно, Х. (2008). «Слоистый сверхпроводник на основе железа La [O 1-x F x ] FeAs (x = 0,05–0,12) с T c  = 26 K». Журнал Американского химического общества . 130 (11): 3296–3297. DOI : 10.1021 / ja800073m . PMID 18293989 . 
  34. ^ Takahashi, H .; Igawa, K .; Arii, K .; Kamihara, Y .; Hirano, M .; Хосоно, Х. (2008). «Сверхпроводимость при 43 К в слоистом соединении на основе железа LaO1- x F x FeAs». Природа . 453 (7193): 376–378. Bibcode : 2008Natur.453..376T . DOI : 10,1038 / природа06972 . PMID 18432191 . S2CID 498756 .  
  35. ^ Ван, Цин-Янь; Ли, Чжи; Чжан, Вэнь-Хао; Чжан, Цзо-Чэн; Чжан, Цзинь-Сун; Ли, Вэй; и другие. (2012). «Индуцированная границей раздела высокотемпературная сверхпроводимость в пленках FeSe с одной элементарной ячейкой на SrTiO 3 ». Подбородок. Phys. Lett . 29 (3): 037402. arXiv : 1201.5694 . Bibcode : 2012ChPhL..29c7402W . DOI : 10,1088 / 0256-307X / 29/3 / 037402 . S2CID 3858973 . 
  36. ^ Лю, Дефа; Чжан, Вэньхао; Моу, Дайсян; Он, Цзюньфэн; Оу, Юн-Бо; Ван, Цин-Ян; и другие. (2012). «Электронное происхождение высокотемпературной сверхпроводимости в однослойном сверхпроводнике FeSe». Nat. Commun . 3 (931): 931. arXiv : 1202.5849 . Bibcode : 2012NatCo ... 3E.931L . DOI : 10.1038 / ncomms1946 . PMID 22760630 . S2CID 36598762 .  
  37. ^ Он, Шаолун; Он, Цзюньфэн; Чжан, Вэньхао; Чжао, Линь; Лю, Дефа; Лю, Сюй; и другие. (2013). «Фазовая диаграмма и электронная индикация высокотемпературной сверхпроводимости при 65 К в однослойных пленках FeSe». Nat. Матер . 12 (7): 605–610. arXiv : 1207,6823 . Bibcode : 2013NatMa..12..605H . DOI : 10.1038 / NMAT3648 . PMID 23708329 . 
  38. ^ Ge, JF; Лю, З.Л .; Liu, C .; Gao, CL; Qian, D .; Сюэ, QK; Liu, Y .; Цзя, JF (2014). «Сверхпроводимость в однослойных пленках FeSe с температурой перехода выше 100 К». Материалы природы . 1406 (3): 285–9. arXiv : 1406.3435 . Bibcode : 2015NatMa..14..285G . DOI : 10.1038 / nmat4153 . PMID 25419814 . 
  39. ^ Ву, G .; Се, YL; Chen, H .; Чжун, М .; Лю, Р.Х .; Ши, Британская Колумбия; и другие. (2009). «Сверхпроводимость при 56 К в SrFeAsF, легированном самарием». Журнал физики: конденсированное вещество . 21 (3): 142203. arXiv : 0811.0761 . Bibcode : 2009JPCM ... 21n2203W . DOI : 10.1088 / 0953-8984 / 21/14/142203 . PMID 21825317 . S2CID 41728130 .  
  40. ^ Роттер, М .; Тегель, М .; Джорендт, Д. (2008). «Сверхпроводимость при 38 К в арсениде железа (Ba 1-x K x ) Fe 2 As 2 ». Письма с физическим обзором . 101 (10): 107006. arXiv : 0805.4630 . Bibcode : 2008PhRvL.101j7006R . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.101.107006 . PMID 18851249 . S2CID 25876149 .  
  41. ^ Sasmal, K .; Lv, B .; Lorenz, B .; Гулой, AM; Chen, F .; Сюэ, ГГ; Чу, CW (2008). «Сверхпроводящие соединения на основе Fe (A 1-x Sr x ) Fe 2 As 2 с A = K и Cs с температурами перехода до 37 K». Письма с физическим обзором . 101 (10): 107007. arXiv : 0806.1301 . Bibcode : 2008PhRvL.101j7007S . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.101.107007 . PMID 18851250 . 
  42. ^ Кувшин, MJ; Паркер, Д.Р .; Adamson, P .; Herkelrath, SJ; Бутройд, штат АТ; Ибберсон, РМ; Brunelli, M .; Кларк, SJ (2008). «Структура и сверхпроводимость LiFeAs». Химические коммуникации . 2008 (45): 5918–5920. arXiv : 0807.2228 . DOI : 10.1039 / b813153h . PMID 19030538 . S2CID 3258249 .  
  43. ^ Тэпп, Джошуа Х .; Тан, Чжунцзя; Lv, Bing; Сасмал, Калян; Лоренц, Бернд; Чу, Пол CW; Гулой, Арнольд М. (2008). «LiFeAs: собственный сверхпроводник на основе FeAs с T c = 18 K». Physical Review B . 78 (6): 060505. arXiv : 0807.2274 . Bibcode : 2008PhRvB..78f0505T . DOI : 10.1103 / PhysRevB.78.060505 . S2CID 118379012 . 
  44. ^ Паркер, DR; Питчер, MJ; Бейкер, П.Дж.; Franke, I .; Ланкастер, Т .; Blundell, SJ; Кларк, SJ (2009). «Структура, антиферромагнетизм и сверхпроводимость слоистого арсенида железа NaFeAs». Химические коммуникации . 2009 (16): 2189–2191. arXiv : 0810.3214 . DOI : 10.1039 / b818911k . PMID 19360189 . S2CID 45189652 .  
  45. ^ Сюй, ФК; Луо, JY; Ага, кВт; Чен, ТЗ; Хуанг, TW; Ву, PM; и другие. (2008). «Сверхпроводимость в структуре типа PbO α-FeSe» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 105 (38): 14262–14264. Bibcode : 2008PNAS..10514262H . DOI : 10.1073 / pnas.0807325105 . PMC 2531064 . PMID 18776050 .  
  46. ^ Чжао, J .; Хуанг, Q .; de la Cruz, C .; Li, S .; Линн, JW; Chen, Y .; и другие. (2008). «Структурная и магнитная фазовая диаграмма CeFeAsO 1 − x F x и ее связь с высокотемпературной сверхпроводимостью». Материалы природы . 7 (12): 953–959. arXiv : 0806.2528 . Bibcode : 2008NatMa ... 7..953Z . DOI : 10.1038 / nmat2315 . PMID 18953342 . S2CID 25937023 .  
  47. ^ Ли, Чул-Хо; Иё, Акира; Эйсаки, Хироши; Кито, Хиджири; Тереза ​​Фернандес-Диас, Мария; Ито, Тосимицу; и другие. (2008). «Влияние структурных параметров на сверхпроводимость в безфтористом LnFeAsO 1 − y (Ln = La, Nd)». Журнал Физического общества Японии . 77 (8): 083704. arXiv : 0806.3821 . Bibcode : 2008JPSJ ... 77h3704L . DOI : 10,1143 / JPSJ.77.083704 . S2CID 119112251 . 
  48. ^ Прейс, Пол. «Самый необычный сверхпроводник и как он работает» . Лаборатория Беркли. Архивировано 3 июля 2012 года . Проверено 12 марта 2012 года .
  49. ^ Хебард, AF; Россейнский, MJ; Хэддон, Р. К.; Мерфи, DW; Glarum, SH; Пальстра, ТТМ; Рамирес, AP; Кортан, АР (1991). «Сверхпроводимость при 18 К в C 60, легированном калием » (PDF) . Природа . 350 (6319): 600–601. Bibcode : 1991Natur.350..600H . DOI : 10.1038 / 350600a0 . S2CID 4350005 .  
  50. ^ Ганин, А.Ю .; Takabayashi, Y .; Химяк, Ю.З .; Маргадонна, S .; Tamai, A .; Россейнский, MJ; Прасидес, К. (2008). «Объемная сверхпроводимость при 38 К в молекулярной системе». Материалы природы . 7 (5): 367–71. Bibcode : 2008NatMa ... 7..367G . DOI : 10.1038 / nmat2179 . PMID 18425134 . 
  51. ^ Анисимов, В.И.; Бухвалов, Д .; Райс, TM (15 марта 1999 г.). «Электронная структура возможных никелатных аналогов купратов». Physical Review B . 59 (12): 7901–7906. Bibcode : 1999PhRvB..59.7901A . DOI : 10.1103 / PhysRevB.59.7901 .
  52. ^ Ли, Д .; Лук-порей.; Ван, BY; и другие. (2019). «Сверхпроводимость в бесконечнослойном никелате» . Природа . 572 (7771): 624–627. Bibcode : 2019Natur.572..624L . DOI : 10.1038 / s41586-019-1496-5 . PMID 31462797 . S2CID 201656573 .  
  53. ^ Ву, Сяньсинь; Ди Санте, Доменико; Швеммер, Тилман; Ханке, Вернер; Hwang, Harold Y .; Рагху, Шринивас; Томале, Ронни (24 февраля 2020 г.). «Прочная d x 2 -y 2 -волновая сверхпроводимость бесконечнослойных никелатов» . Physical Review B . 101 (6): 060504. arXiv : 1909.03015 . Bibcode : 2020PhRvB.101f0504W . DOI : 10.1103 / PhysRevB.101.060504 . S2CID 202537199 . 
  54. ^ Ли, Q .; Он, С .; и другие. (2020). «Отсутствие сверхпроводимости в объемном Nd 1-x Sr x NiO 2 » . Материалы для связи с природой . 1 (1): 16. arXiv : 1911.02420 . Bibcode : 2020CoMat ... 1 ... 16L . DOI : 10.1038 / s43246-020-0018-1 . S2CID 208006588 . 
  55. ^ Hazen, R .; Палец, L .; Angel, R .; Prewitt, C .; Ross, N .; Mao, H .; и другие. (1987). «Кристаллографическое описание фаз в сверхпроводнике Y-Ba-Cu-O». Physical Review B . 35 (13): 7238–7241. Bibcode : 1987PhRvB..35.7238H . DOI : 10.1103 / PhysRevB.35.7238 . PMID 9941012 . 
  56. ^ a b Khare, Neeraj (2003). Справочник по высокотемпературной сверхпроводниковой электронике . CRC Press. ISBN 978-0-8247-0823-8.
  57. ↑ Деккер, Марсель (28 сентября 1993 г.). Hermann, Allen M .; Яхми, СП (ред.). Высокотемпературные сверхпроводники на основе таллия . ISBN 9780824791148.
  58. ^ Hazen, R .; Prewitt, C .; Angel, R .; Ross, N .; Палец, L .; Hadidiacos, C .; и другие. (1988). "Сверхпроводимость в высокой Т гр системы Bi-Sr-Ca-Cu-O: Идентификация фаз" . Письма с физическим обзором . 60 (12): 1174–1177. Bibcode : 1988PhRvL..60.1174H . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.60.1174 . PMID 10037960 . 
  59. ^ a b Tarascon, J .; McKinnon, W .; Barboux, P .; Hwang, D .; Бэгли, B .; Greene, L .; и другие. (1988). «Приготовление, структура и свойства сверхпроводящего ряда купратов Bi 2 Sr 2 Ca n -1 Cu n O y с n = 1, 2 и 3» (PDF) . Physical Review B . 38 (13): 8885–8892. Bibcode : 1988PhRvB..38.8885T . DOI : 10.1103 / PhysRevB.38.8885 . PMID 9945668 .  
  60. ^ Шэн, ZZ; Германн AM; Эль Али, А .; Almasan, C .; Estrada, J .; Datta, T .; Матсон, Р.Дж. (1988). «Сверхпроводимость при 90 К в системе Tl-Ba-Cu-O». Письма с физическим обзором . 60 (10): 937–940. Bibcode : 1988PhRvL..60..937S . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.60.937 . PMID 10037895 . 
  61. ^ Шэн, ZZ; Германн AM (1988). «Сверхпроводимость в системе Tl-Ba-Cu-O без редкоземельных элементов выше температуры жидкого азота». Природа . 332 (6159): 55–58. Bibcode : 1988Natur.332 ... 55S . DOI : 10.1038 / 332055a0 . S2CID 4330505 . 
  62. ^ Путилин, С.Н. Антипов, Э.В. Chmaissem, O .; Марезио, М. (1993). "Сверхпроводимость при 94 К в HgBa 2 Cu0 4 + δ ". Природа . 362 (6417): 226–228. Bibcode : 1993Natur.362..226P . DOI : 10.1038 / 362226a0 . S2CID 4280761 . 
  63. ^ Шиллинг, А .; Cantoni, M .; Guo, JD; Отт, Х.Р. (1993). «Сверхпроводимость выше 130 К в системе Hg – Ba – Ca – Cu – O». Природа . 363 (6424): 56–58. Bibcode : 1993Natur.363 ... 56S . DOI : 10.1038 / 363056a0 . S2CID 4328716 . 
  64. ^ Чу, CW; Gao, L .; Chen, F .; Huang, ZJ; Meng, RL; Сюэ, YY (1993). «Сверхпроводимость выше 150 К в HgBa2Ca2Cu3O8 + δ при высоких давлениях». Природа . 365 (6444): 323–325. Bibcode : 1993Natur.365..323C . DOI : 10.1038 / 365323a0 . S2CID 4316020 . 
  65. ^ Ши, Донглу; Boley, Mark S .; Чен, JG; Сюй, Мин; Вандервурт, К .; Ляо, YX; и другие. (1989). «Происхождение ускоренного роста сверхпроводящей фазы 110 К за счет легирования Pb в системе Bi-Sr-Ca-Cu-O». Письма по прикладной физике . 55 (7): 699. Bibcode : 1989ApPhL..55..699S . DOI : 10.1063 / 1.101573 .
  66. ^ Диес-Сьерра, Хавьер; Лопес-Домингес, Педро; Райкерт, Ханнес; Рикель, Марк; Хениш, Йенс; Хан, Мукаррам Заман; и другие. (2020). «Высокая плотность критического тока и усиленный пиннинг в сверхпроводящих пленках нанокомпозитов YBa2Cu3O7 − δ с внедренными нанокристаллами BaZrO3, BaHfO3, BaTiO3 и SrZrO3» . ACS Applied Nano Materials . 3 (6): 5542–5553. DOI : 10.1021 / acsanm.0c00814 . hdl : 1854 / LU-8661998 .
  67. ^ Monthoux, P .; Балацкий, А .; Пайнс, Д. (1992). «Теория слабой связи высокотемпературной сверхпроводимости в антиферромагнитно коррелированных оксидах меди». Physical Review B . 46 (22): 14803–14817. Bibcode : 1992PhRvB..4614803M . DOI : 10.1103 / PhysRevB.46.14803 . PMID 10003579 . 
  68. ^ Chakravarty, S .; Sudbø, A .; Андерсон, П. В.; Стронг, С. (1993). «Межслоевое туннелирование и щелочная анизотропия в высокотемпературных сверхпроводниках». Наука . 261 (5119): 337–340. Bibcode : 1993Sci ... 261..337C . DOI : 10.1126 / science.261.5119.337 . PMID 17836845 . S2CID 41404478 .  
  69. Перейти ↑ Phillips, J. (2010). «Перколяционные теории сильно разупорядоченных керамических высокотемпературных сверхпроводников» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 43 (4): 1307–10. Bibcode : 2010PNAS..107.1307P . DOI : 10.1073 / pnas.0913002107 . PMC 2824359 . PMID 20080578 .  
  70. ^ Geshkenbein, V .; Ларкин, А .; Бароне, А. (1987). «Вихри с половинными квантами магнитного потока в сверхпроводниках с тяжелыми фермионами ». Physical Review B . 36 (1): 235–238. Bibcode : 1987PhRvB..36..235G . DOI : 10.1103 / PhysRevB.36.235 . PMID 9942041 . 
  71. ^ Киртли, младший; Цуэй, СС; Вс, JZ; Chi, CC; Yu-Jahnes, Lock See; Gupta, A .; Rupp, M .; Кетчен, МБ (1995). «Симметрия параметра порядка в высокой Т гр сверхпроводник YBa 2 Cu 3 O 7-delta ». Природа . 373 (6511): 225–228. Bibcode : 1995Natur.373..225K . DOI : 10.1038 / 373225a0 . S2CID 4237450 . 
  72. ^ Киртли, младший; Цуэй, СС; Ариандо, А .; Verwijs, CJM; Harkema, S .; Хильгенкамп, Х. (2006). «Фазочувствительное определение с угловым разрешением симметрии зазора в плоскости в YBa 2 Cu 3 O 7-δ ». Физика природы . 2 (3): 190–194. Bibcode : 2006NatPh ... 2..190K . DOI : 10.1038 / nphys215 . S2CID 118447968 . 
  73. ^ Цуэй, CC; Киртли-младший; Ren, ZF; Wang, JH; Раффи, H .; Ли, ZZ (1997). «Чистая симметрия параметра порядка d x 2 -y 2 в тетрагональном сверхпроводнике Tl 2 Ba 2 CuO 6 + δ ». Природа . 387 (6632): 481–483. Bibcode : 1997Natur.387..481T . DOI : 10.1038 / 387481a0 . S2CID 4314494 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • «Исследование высокотемпературной сверхпроводимости в Корнельском университете» .
  • «Сверхпроводниковая наука и технология» .
  • «Американский сверхпроводник и объединенный Эдисон закладывают первую сверхпроводниковую сеть в Нью-Йорке» .
  • «Видео магнита, плавающего на ВТСП» .
  • «Технологии высокотемпературных сверхпроводников» . Архивировано из оригинального 25 марта 2008 года.
  • Высокотемпературная сверхпроводимость в купратах . Springer. 2002. ISBN 978-1-4020-0810-8.
  • "Новые LaOFeAs HTS" . Scientific American .
  • Кордюк, А.А. (2015). «Псевдощель из эксперимента ARPES: три щели в купратах и ​​топологическая сверхпроводимость (обзорная статья)» . Физика низких температур (Обзор). 41 (5): 319–341. arXiv : 1501.04154 . Bibcode : 2015LTP .... 41..319K . DOI : 10.1063 / 1.4919371 . S2CID  56392827 .