Германские физики из Исследовательского центра Дрезден-Россендорф и Дрезденского технического университета экспериментально зарегистрировали редкий эффект — сосуществование сверхпроводящего и ферромагнитного состояний — в наноразмерных образцах интерметаллического соединения никеля и висмута.

Давно известно, что ферромагнетизм и сверхпроводимость относятся к тем типам упорядочения, которые конкурируют друг с другом. Антагонизм проявляется прежде всего в их отношении к магнитному полю: сверхпроводник стремится вытолкнуть его (этот эффект был отмечен ещё в 1933 году Вальтером Мейснером и Робертом Оксенфельдом), тогда как ферромагнетик концентрирует силовые линии поля в своём объёме.

Если две фазы рассматривать в микромасштабе, найти основание их несовместимости будет ещё легче. Достаточно вспомнить, что важнейшей деталью механизма сверхпроводимости становится образование связанных куперовских пар электронов, и спины частиц в паре противоположны. При этом обменное взаимодействие, приводящее к ферромагнетизму, стремится выстроить электронные спины совершенно другим образом — параллельно.

Тем не менее материалы, сочетающие ферромагнитный порядок со сверхпроводимостью, существуют. К ним относятся, к примеру, соединения урана UCoGe и URhGe.

Рис. 1. Пучок расположенных параллельно «волокон» Bi3Ni. На схеме структуры решётки висмут отмечен синим, а атомы никеля — зелёным.

Теперь к этой малочисленной группе присоединяется новый материал Bi₃Ni. В проведённых авторами опытах вместо обычных крупных образцов, которые имеют тривиальные свойства, использовались наноразмерные «волокна» интерметаллического соединения. Измерения подтвердили, что сверхпроводимость в наноструктурах Bi₃Ni проявляется в фазе с ферромагнитным порядком и сохраняется в необычайно сильных магнитных полях.

Результаты исследований опубликованы в статье:

T. Herrmannsdörfer, R. Skrotzki, J. Wosnitza, D. Köhler, R. Boldt, and M. Ruck Structure-induced coexistence of ferromagnetic and superconducting states of single-phase Bi3Ni seen via magnetization and resistance measurements. – Phys. Rev. B 83, 140501® (2011) [4 pages]. – DOI:10.1103/PhysRevB.83.140501.