Ученые-физики не прекращают поиски методов достижения стабильной сверхпроводимости при повышенных температурах. Для этого необходимо выяснить, каким образом и по каким причинам материал может потерять способность к сверхпроводимости.
Физики работают над созданием высокотемпературного сверхпроводника, что позволит существенно улучшить способы использования электричества. Среди соединений, которые изучаются, особое внимание уделяется никелатам – веществам, содержащим оксид никеля. Никелат лантана ( La3Ni2O7) в определенных условиях, например, при высоком давлении в объемном кристалле или при механической деформации в виде тонкой пленки, вещество приобретает сверхпроводящие свойства.
Международная группа физиков провела детальное исследование поведения атомной структуры соединения никеля и выявила тесную взаимосвязь между незначительными изменениями в этой структуре и возникновением сверхпроводящих свойств. Результаты исследования представлены в научной статье опубликована в журнале Nature.
Для изучения влияния механических напряжений на тонкие пленки, их формировали на различных подложках. В ходе работы была обнаружена деформация атомной структуры материалов благодаря применению комплекса методов электронной микроскопии, в том числе электронной дифракции, разработанной Дэвидом Мюллером ( David Muller). Благодаря этой методике ученым удалось с большой точностью изучить расположение атомов и их перемещение. Она основана на постобработке данных о дифракции излучения на объекте, данные о дифракции снимаются с разных точек так, чтобы результаты немного перекрывали друг друга.
Согласно исследованиям, под воздействием сжимающего напряжения атомы кислорода изменяют свою структуру, формируя конфигурацию с повышенной симметрией по сравнению с пленками, подверженными растяжению. Таким образом, связи в пленках приобретают структуру, аналогичную конфигурации сверхпроводящих объемных кристаллов, находящихся под экстремальным давлением. Это указывает на то, что повышение симметрии в структуре никель — кислород может быть необходимым условием для стабилизации высокотемпературной сверхпроводимости в этих никелатах.
В ходе исследований было установлено, что вертикальная длина связи в сверхпроводящих тонких пленках возрастает, в то время как в объемных сверхпроводящих кристаллах она сокращается.
Для выяснения значения этих структурных преобразований в определении электронных характеристик материала, ученые разработали модель. В ходе исследования было установлено, что вариации в длине связей приводят к изменениям энергетических уровней системы, а изменения симметрии оказывают существенное уменьшают смешивание между некоторыми электронными орбиталями. Это формирует более чистую электронную структуру, которая может помогать электронам объединяться в пары и течь без сопротивления.
Изучение атомных конфигураций, которые лежат в основе сверхпроводимости, позволит исследователям более точно регулировать свойства материала и стимулировать проявление им сверхпроводящих характеристик.