Новая теория объясняет магнитные тенденции в высокотемпературных сверхпроводниках
Исследователи из группы Гарнета Чана, профессора химии Калифорнийского технологического института Брена, разработали теорию, которая объясняет некоторые магнитные свойства купратных сверхпроводников. Купратные сверхпроводящие материалы проявляют эффект слоя, когда их магнитные и сверхпроводящие свойства улучшаются по мере того, как все больше слоев составляющих атомов меди и кислорода объединяются. В статье, опубликованной в журнале Science, Чан и его соавторы объясняют, как эффект магнитного слоя возникает из-за колебаний электронов между атомами меди и кислорода и окружающими их атомами.
(а) Иллюстрация схемы мультифрагментации в многослойном купрате Hg-1212. Система разделена на 3 части: фрагменты 1 и 2 включают два слоя Cu-O, а фрагмент 3 содержит все остальные ионы в клетке.
(б) Эффективность MPI многофрагментной реализации кристалла h-BN.
Кредит: Наука (2022). DOI: 10.1126/science.abm2295
Практически в любой ситуации, в которой используется электричество, будь то освещение спальни ночью, охлаждение замороженных продуктов или питание автомобиля, который везет пассажиров на работу, часть этой электроэнергии теряется в виде тепла. Это называется сопротивлением. Материалы с более низким сопротивлением лучше проводят электричество, а материалы с более высоким сопротивлением - хуже.
Хотя почти все проводники обладают некоторым сопротивлением, существуют материалы, которые вообще не имеют электрического сопротивления. Их называют сверхпроводниками, и их уникальные свойства используются в различных технологиях, от магнитно-резонансной томографии (МРТ) до левитирующих поездов.
Однако большинство сверхпроводников обладают сверхпроводимостью только тогда, когда они холодные — действительно холодные. Даже так называемые «высокотемпературные» сверхпроводники для работы необходимо охлаждать жидким азотом примерно до -200 градусов Цельсия.
Эта потребность в интенсивном охлаждении усложняет использование сверхпроводников. На протяжении десятилетий исследователи искали сверхпроводники, работающие при комнатной температуре. В настоящее время при нормальном атмосферном давлении ближе всего подходит класс высокотемпературных сверхпроводников, известных как купраты — соединения, содержащие атомы меди и кислорода, причем наиболее эффективные купраты способны сверхпроводить при таких «теплых» температурах, как -140 градусов Цельсия.
Поскольку -140 градусов по Цельсию все еще довольно холодно, до того, как купраты можно будет назвать сверхпроводниками при комнатной температуре , предстоит пройти долгий путь, и дальнейшее продвижение этих сверхпроводников сдерживается тем фактом, что никто не понял, как работают купратные сверхпроводники.
Но теперь исследователи из группы Гарнета Чана, профессора химии Калифорнийского технологического института Брена, разработали теорию, которая объясняет некоторые магнитные свойства купратных сверхпроводников. Купратные сверхпроводящие материалы проявляют эффект слоя, когда их магнитные и сверхпроводящие свойства улучшаются по мере того, как все больше слоев составляющих атомов меди и кислорода объединяются.
В статье, опубликованной в журнале Science, Чан и его соавторы объясняют, как эффект магнитного слоя возникает из-за колебаний электронов между атомами меди и кислорода и окружающими их атомами.
«Это первый шаг к пониманию основных принципов, лежащих в основе эффекта сверхпроводящего слоя, и того, что в более общем плане контролирует температуру сверхпроводимости в сверхпроводниках », — говорит Чжихао Цуй, аспирант химического факультета и первый автор исследования.
Статья называется «Систематическая электронная структура в исходном состоянии купратов из квантового моделирования многих тел» и опубликована в выпуске журнала Science от 8 сентября.
