Сочетание олова и графена дает новые свойства, российские ученые из МФТИ и ИТФ РАН увидели в нем «сверхпроводящее стекло»

отметили
23
человека
в архиве
Сочетание олова и графена дает новые свойства, российские ученые из МФТИ и ИТФ РАН увидели в нем «сверхпроводящее стекло»
Российские ученые из МФТИ и ИТФ РАН с коллегами увидели «сверхпроводящее стекло» и обнаружили много интересного и непонятного в системе из олова и графена. «Газета.Ru» рассказывает о результатах работы физиков, опубликованных в ночь на понедельник в ведущем научном журнале, и о том, зачем нужны такие исследования.

Согласно всем справочникам, сверхпроводимость — это свойство некоторых материалов обладать строго нулевым электрическим сопротивлением при достижении ими температуры ниже определенного значения (критическая температура). Все материалы по отношению к способности проводить электрический ток делятся на четыре класса — диэлектрики, полупроводники, металлы и сверхпроводники. Диэлектрики (или изоляторы) почти не проводят ток, если не приложить к ним большое напряжение. Однако есть вещества, которые переходят из одного состояния в другое при небольшом изменении состава или при ином слабом воздействии.
Переход системы из состояния «сверхпроводник» в состояние «металл» стал объектом исследования профессора Московского физико-технического института (МФТИ), заместителя директора Института теоретической физики имени Л.Д. Ландау (ИТФ РАН), д.ф.-м.н. Михаила Фейгельмана, его ученика Константина Тихонова (также работает в ИТФ РАН) и их коллег из Франции и Израиля.

Результаты работы опубликованы в журнале Nature Physics в ночь на понедельник по московскому времени.

Стойкий оловянный нанодиск

В ходе исследованного квантового фазового перехода речь идет о том, как основное (низкотемпературное) состояние системы меняется из сверхпроводящего в металлическое. Это происходит при изменении параметров, характеризующих взаимодействие элементов системы. Исследованная система представляет собой решетку из оловянных нанодисков (радиус одного такого диска составляет 200 нм), расположенных на подложке из графена — модификации углерода, которая представляет собой слой атомов углерода толщиной один атом (первые опыты с графеном проводили выпускники МФТИ Андрей Гейм и Константин Новоселов, за что в 2010 году они стали лауреатами Нобелевской премии по физике). Олово становится сверхпроводником при температурах меньших, чем T0 = 3,5 кельвина (почти -270°С).
Что удалось увидеть ученым

Изменяя напряжение на специальном электростатическом затворе, авторы эксперимента могли через графен плавно менять плотность электронов проводимости в нем и тем самым силу джозефсоновских контактов между нанодисками олова. При этом в силу малой плотности носителей тока сам графен не портил сверхпроводящие свойства и их фазы нанодисков олова. Но корреляции фаз между нанодисками и, следовательно, их сверхпроводимость разрушаются тепловыми флуктуациями при температурах выше критической температуры Tc. Один из результатов ученых — измеренное значение Tc, которое получилось равным 0,7 кельвина. Этот результат нах
Добавил ИмяФамилия ИмяФамилия 26 Апреля 2014
Комментарии участников:
ИмяФамилия
0
ИмяФамилия, 26 Апреля 2014 , url
Но стоило экспериментаторам понизить электронную плотность в графене, как джозефсоновские связи начали ослабевать за счет увеличения сопротивления графеновых промежутков. В результате температура перехода в когерентное (то есть сверхпроводящее) состояние резко падала ниже минимальной температуры эксперимента (60 милликельвинов). Это и есть квантовый фазовый переход «сверхпроводник — металл», о котором говорилось выше. Пространственная когерентность фаз отдельных нанодисков разрушилась уже одними квантовыми (и независящими от температуры) флуктуациями фаз.

Еще раз обратим внимание, что это первое экспериментальное исследование такого перехода.
ИмяФамилия
0
ИмяФамилия, 26 Апреля 2014 , url
Основы теории такого фазового перехода были ранее разработаны Михаилом Фейгельманом и его коллегами в статье, опубликованной в Physical Review Letters в 2001 году.

Но готовой теории для того, чтобы объяснить поведение сопротивления решетки, которое в области самых низких доступных для измерений температур оказывается резко экспоненциально зависящим от напряжения на электрическом затворе, пока нет.

Наконец, в дополнение к указанному выше переходу «сверхпроводник — металл» авторы обнаружили состояние так называемого сверхпроводящего стекла.

При слове «стекло» не нужно думать, что речь идет о том, что пропускает видимое глазу человека излучение: собственно, сейчас стеклом называется любой материал независимо от его химического состава, который при охлаждении переходит из жидкого состояния в твердое без кристаллизации.

В случае «сверхпроводящего стекла» речь идет о его свойствах системы, которая становится более похожа на керамику.
mihaprad
+1
mihaprad, 26 Апреля 2014 , url
В конце красивое слово «нах»:)
mihaprad
+1
mihaprad, 26 Апреля 2014 , url
То есть результат «нах»)
ИмяФамилия
0
ИмяФамилия, 26 Апреля 2014 , url
предложите исправление — поддержу


Войдите или станьте участником, чтобы комментировать