Физики из Лаборатории Эймса (Ames Laboratory) (США), показала, что механизм сверхпроводимости в недавно открытых сверхпроводниках на основе железа и мышьяка является совершенно уникальным и в значительной степени отличается от уже известных механизмов, зарегистрированных в других сверхпроводниках. Эти открытия могут способствовать развитию очень важного приложения – передаче энергии по линиям с нулевым сопротивлением.

К такому выводу группа, возглавляемая Русланом Прозоровым (Ruslan Prozorov), пришла, проанализировав результаты экспериментов по измерению температурной зависимости лондоновской глубины проникновения (глубины проникновения внешнего магнитного поля в свехпроводник). Вид упомянутой зависимости связан со структурой энергетической щели (энергии связи куперовской пары) сверхпроводника, и для большинства материалов он уже определен; к примеру, у «традиционных» низкотемпературных сверхпроводников эта зависимость носит экспоненциальный характер, у высокотемпературных купратных – линейный, у сверхпроводников на основе диборида магния MgB₂ — также экспоненциальный, однако для описания их свойств в широком температурном диапазоне приходится привлекать два различных значения энергетической щели (и два «сорта» пар).

В опытах исследователей из Лаборатории Эймса были задействованы кристаллы вещества, в состав которого входили барий, мышьяк и железо (часть его атомов замещали атомы кобальта). Как выяснилось, для этого материала зависимость лондоновской глубины проникновения от температуры выражается степенной функцией, причем показатель степени приблизительно равен 2,4. Ученые рассчитывали обнаружить степенную зависимость, но ни в одной из серий измерений не зарегистрировали ничего близкого. Эксперименты с образцами, содержащими разные концентрации кобальта показали, что на лондоновскую глубину проникновения это также не оказало никакого влияния. Дальнейший анализ полученных данных показал, что для описания свойств подобных сверхпроводников необходимо оперировать двумя величинами энергетической щели.

Поскольку значение лондоновской глубины проникновения связано с особенностями образования куперовских пар, открытие говорит о существовании неизученных механизмов перехода в сверхпроводящее состояние. «Соединения железа и мышьяка, наверное, самые сложные из сверхпроводников, с которыми имела дело наука. Свойства сверхпроводников на основе железа и мышьяка не поддаются объяснению в рамках разработанных ранее теорий, – говорит Руслан Прозоров. – Внутри них происходит нечто совершенно уникальное». Результаты исследований опубликованы в журнале Physical Review Letters (Unconventional London Penetration Depth in Single-Crystal Ba(Fe0.93Co0.07)2As2 Superconductors).

Лаборатория Эймса – научно-исследовательская лаборатория Министерства Энергетики США при Университете штата Айова (Iowa State University). Основные направления деятельности Лаборатории – создание новых материалов, технологий и энергетических решений.

Евгений Биргер