Обнаружен новый сверхпроводник с признаками удивительной сверхпроводимости

Исследователи из Токийского столичного университета открыли новый сверхпроводящий материал. Они объединили железо, никель и цирконий, чтобы создать новый цирконид переходного металла с различным соотношением железа к никелю. Хотя и цирконид железа, и цирконид никеля не являются сверхпроводящими, недавно приготовленные смеси, демонстрируя «куполообразную» фазовую диаграмму, типичную для так называемых «нетрадиционных сверхпроводников», являются многообещающим направлением для разработки высокотемпературных сверхпроводящих материалов, которые могут быть более широко использованы в обществе.

Сверхпроводники уже играют активную роль в передовых технологиях, от сверхпроводящих магнитов в медицинских приборах и системах магнитной подвески до сверхпроводящих кабелей для передачи электроэнергии. Однако они, как правило, полагаются на охлаждение до температур около четырех Кельвинов, что является ключевым препятствием на пути к более широкому развертыванию технологии. Ученые ищут материалы, которые могут показывать нулевое сопротивление при более высоких температурах, в частности, при пороге в 77 Кельвинов, при котором для охлаждения материалов вместо жидкого гелия можно использовать жидкий азот.

Хорошей новостью является то, что начали появляться перспективные кандидаты, такие как сверхпроводники на основе железа, обнаруженные в 2008 году. Становится все более очевидным, что высокотемпературная сверхпроводимость может следовать другому механизму, нежели «обычные сверхпроводники», которые следуют устоявшимся теоретическим рамкам, в частности теории БКШ (Бардина-Купера-Шриффера). В частности, материалы с магнитными элементами или те, которые демонстрируют «магнитное упорядочение», начали появляться как имеющие важное значение для возникновения «нетрадиционной сверхпроводимости».

Теперь группа исследователей под руководством доцента Ёсикадзу Мидзугучи из Токийского столичного университета разработала новый сверхпроводящий материал, содержащий магнитный элемент. Впервые они показали, что поликристаллический сплав железа, никеля и циркония проявляет сверхпроводящие свойства. Любопытно, что и цирконид железа, и цирконид никеля не являются сверхпроводящими в кристаллической форме. В экспериментах, которые начались как студенческий проект, группа объединила железо, никель и цирконий в разных соотношениях, используя метод, известный как дуговая плавка, подтвердив, что полученный сплав имел ту же кристаллическую структуру, что и тетрагональные циркониды переходных металлов, семейство перспективных сверхпроводящих материалов. Также было обнаружено, что постоянные решетки или длины повторяющихся ячеек плавно изменяются в зависимости от соотношения железа и никеля. Что особенно важно, они обнаружили область составов, где температура сверхпроводящего перехода повышалась, а затем снова падала. Эта «куполообразная» форма является многообещающим признаком нетрадиционной сверхпроводимости.

Дальнейшие эксперименты подтвердили, что намагничивание циркониевого никеля демонстрирует аномалию, похожую на магнитный переход, что указывает на тесную связь между их открытиями и нетрадиционной сверхпроводимостью, возникающей из магнитного порядка, предполагаемого в других материалах. Они надеются, что их новая платформа для изучения нетрадиционной сверхпроводимости может вдохновить на новые прорывы в нашем понимании ее механизма, а также в практическом проектировании передовых материалов для следующего поколения сверхпроводящих устройств.