Ученые открыли два новых ферромагнитных сверхпроводника

Физики из Китая обнаружили сверхпроводимость в двух новых соединениях на основе железа — СsEuFe₄As₄ и RbEuFe₄As₄. Интересны эти вещества тем, что помимо сверхпроводящего перехода, в них наблюдается также и ферромагнитное упорядочение, в то время как традиционно считается, что магнетизм и сверхпроводимость склонны подавлять друг друга. Препринты статей размещены на сайте arXiv.org

Сверхпроводники — это вещества, сопротивление которых ниже некой критической температуры (T_C) способно падать до величин, экспериментально неотличимых от нуля. Эти материалы уже нашли множество применений: из них изготавливают сверхмощные магниты для магнитно-резонансной томографии и большого адронного коллайдера (БАК), сверхточные детекторы магнитного поля (СКВИДы) и так далее. Их широкое применение в быту ограничивается низкими критическими температурами — для проявления эффекта необходимо охлаждение с помощью жидкого гелия или азота. Поэтому ученые не прекращают поиск новых сверхпроводников в надежде отыскать соединение с критической температурой, близкой к комнатной.

Помимо падения сопротивления до нуля, отличительным свойством этих материалов является эффект Мейснера — выталкивание магнитного поля из своего объема, то есть сильный диамагнетизм. Увеличение величины внешнего магнитного поля обычно приводит к понижению критической температуры и, в конечном итоге, разрушению сверхпроводимости. Поэтому традиционно считается, что наличие «магнитных» ионов или магнитного упорядочения, из-за которых образец, наоборот, втягивается в магнитное поле, может стать причиной подавления сверхпроводимости.

Однако были открыты как соединения, в которых сверхпроводящее состояние возникает при температурах ниже магнитного упорядочения — UGe₂, URuGe и UCoGe, так и вещества, в которых сверхпроводимость разрушается при температуре магнитного фазового перехода — ErRh₄B₄. По мнению ученых, объяснение причин такого различного поведения поможет в понимании природы взаимосвязи между сверхпроводимостью и магнетизмом, и, в конечном итоге, в поиске сверхпроводников с высоким значением критической температуры и других параметров.

В новой работе авторы впервые зарегистрировали сверхпроводимость в двух ранее неизученных соединениях на основе железа — СsEuFe₄As₄ и RbEuFe₄As₄. Кроме того, ученые показали, что ниже температуры сверхпроводящего перехода — 35.2 и 36.5 кельвин, соответственно — происходит ферромагнитное упорядочение, которое не разрушает сверхпроводимость. Температуры ферромагнитного перехода составляют 15.5 и 15 кельвин.

Возможность сосуществования этих конкурирующих явлений в СsEuFe₄As₄ и RbEuFe₄As₄ ученые объясняют наличием двух структурных подсистем, каждая из которых ответственна за «свое» свойство. В железо-арсенидных слоях возникают так называемые куперовские пары — переносчики сверхпроводящего тока. В то время как ионы европия, которые разделяют между собой некоторые из этих слоев, ответственны за магнитные свойства.

Ученые отмечают, что их данные предварительны, и для точного доказательства и дальнейших исследований требуется вырастить монокристаллические образцы. Пока что авторам удалось получить соединения только в виде порошков.