 Сверхпроводимость – это редкое физическое состояние, в котором материя способна проводить электричество без какого-либо сопротивления. Она может быть найдена только в некоторых материалах, и даже тогда она может быть достигнута только в контролируемых условиях низких температур и высоких давлений. Новое исследование в университете Карнеги-Мелона изучает в структурные изменения, лежащие в основе сверхпроводимости в соединениях аресеноферрита - тех, которые содержат железо и мышьяк.
Хотя сверхпроводимость имеет много практических приложений для электроники (в том числе научно-исследовательских инструментов), медицинской техники (машины МРТ и ЯМР), и потенциальные будущие применения, включая высокопроизводительную передачу и хранение энергии, трудность создания сверхпроводящих материалов предотвращает использования их полного потенциала. Таким образом, любой новый открывшийся сверхпроводник представляет большой интерес для ученых и инженеров.
Арсеноферриды являются сравнительно недавно обнаруженными сверхпроводниками. Природа сверхпроводимости в этих конкретных материалах остается проблемой для современной науки твердого тела. Если сложные связи между сверхпроводимостью, структуры и магнетизмом в этих материалах будут разблокированы, то арсеноферриды потенциально могут быть использованы для выявления сверхпроводимости при гораздо более высоких температурах, чем ранее, что значительно увеличило бы легкость практического применения сверхпроводимости.
Когда арсеноферрид сочетается с металлом - например, с натрийсодержащим соединением NaFe2As2, используемым в исследовании, последующее соединение кристаллизуется в тетраэдрическую структуру. Но до сих пор не была определено детальная структура атомных позиций, и то, как они меняются под давлением.
Наслоение арсенида и железа (As-Fe-As) в этой структуре, как полагают, может стать ключом к сверхпроводимости в соединении. Тем не менее, под давлением, эта структура считается частично деформированной в так называемой рухнувшей тетрагональной решеткой, которая уже не в состоянии иметь особенности сверхпроводника или снижает его способность к сверхпроводимости.
Команда использовала экспериментальные доказательства и моделирование под давлением, чтобы продемонстрировать эти ранее предположенные, структурные изменения на атомном уровне. Это был только первый шаг к окончательному определению связи между структурой и сверхпроводимостью, которые потенциально могла бы сделать сверхпроводимость реальной возможностью.
Они показали, что при атмосферном давлении, превышающим нормальное приблизительно в 40000 раз (4 ГПа), NaFe2As2 принимает сжатую тетрагональную структуру. Это меняет углы в слоях As-Fe-As и совпадает с потерей в сверхпроводимости. Кроме того, они обнаружили, что этот переход сопровождается существенным изменением в координации связи в формировании прослойки связей арсенид-арсенид. Прямым следствием этой нового координации становится то, что система теряет двухмерность, а вместе с ней и сверхпроводимость.
Результаты исследования являются важным шагом в определении предполагаемой связи между структурой и сверхпроводимости в железосодержащих соединениях. Понимание потери сверхпроводимости на атомном уровне может повысить простоту изготовления таких соединений для практического применения, а также улучшить понимание физики конденсированного вещества.
|
