Ученые обнаружили волновое явление в новом сверхпроводящем материале

Новости МирТесен

Американские и японские физики разработали и синтезировали материал, характеризующийся волнообразной структурой и демонстрирующий необычные характеристики как сверхпроводника, так и металла. Изначально этот материал был спроектирован на теоретическом уровне, а после его создания было подтверждено наличие всех ожидаемых свойств.

Физиков привлекают двумерные материалы, образованные небольшим количеством слоев атомов, благодаря широкому спектру возможностей для их модификации. Создание уникальных узоров, таких как муаровая сверхрешетка, достигается путем поворота и скручивания слоев под небольшим углом, что приводит к проявлению сверхпроводимости и неклассического магнетизма в материале.

Создание и изучение таких конфигураций материалов затруднено из-за их атомарной толщины. Авторы исследования применили другой подход. Они создали материал с помощью «рационального проектирования» — моделирования материалов с желаемыми свойствами. Работа опубликована в журнале Nature.

Исследователи смешали порошки сульфида стронция ( SrS), тантала (Ta) и серы (S) в присутствии хлорида стронция (SrCl₂), нагрели их до сотен градусов Цельсия и положились на химические реакции, которые естественным образом привели к формированию макроскопических кристаллов с заданными свойствами. Взаимодействия на атомарном уровне определяют характеристики материала. Исследователи считают простоту формирования материала значительным достижением. Полученный материал состоит из слоев H-TaS₂ и SrTa₂S₅.

Толщина этих слоев составляет миллиардные доли метра, что обеспечивает достаточное их количество для получения образца подходящего размера для детальных исследований. Значительные размеры упрощают Исследование направлено на понимание взаимодействия атомов, определяющего характеристики вещества на атомном уровне.

Несмотря на наличие других материалов с подобной атомной структурой, ученые утверждают, что их образец является наиболее удачным. Наноразмерные слои волн распределены равномерно по всему кристаллу и насчитывают тысячи.

Новый материал имеет вид слоеной структуры, подобной пирогу: он состоит из атомарно тонкого слоя тантала и серы, расположенного на промежуточном слое стронция, а также тантала и серы. Данная структура повторяется тысячи раз, формируя макроскопический кристалл.

Несоответствие размеров и структуры кристаллической решетки в соседних слоях материала приводит к возникновению волн в кристалле. Слой, лишенный стронция, деформируется, чтобы прилегать к другому слою, формируя волны. Это можно представить, как укладывание листа бумаги А3 на лист А4 меньшего размера: чтобы поместиться, лист А3 должен изогнуться. В полученной структуре листы фиксируются в определенных точках, что приводит к образованию волн.

Наноразмерные волновые структуры объясняют уникальные свойства материала. При температуре приблизительно три градуса Кельвина он становится В структуре материала наблюдается сверхпроводимость, которая характеризуется волнообразной изменчивостью: в отдельных областях она проявляется интенсивнее, тогда как в других – слабее.

Материал также демонстрирует нетипичные металлические характеристики. Это связано с тем, что электронам проще перемещаться по продольным частям волны, чем преодолевать поперечные участки.

При разработке нового материала химики и материаловеды руководствовались желаемыми характеристиками. Полученный в результате эксперимента образец демонстрирует заданные свойства. Это открывает возможность для создания более широкого спектра материалов с заранее определенными свойствами, в отличие от исследования случайных образцов.