«Склеивание» слоев заставило сверхпроводники терять свои свойства

Группа ученых в соавторстве с Артемом Огановым сообщает о первом экспериментальном наблюдении «склеивания» слоев мышьяка (As) в сверхпроводниках типа AFe₂As₂. Авторы связывают это явление с потерей сверхпроводимости, происходящей одновременно с образованием связей As-As между слоями. Работа находится в открытом доступе на сайте журнала Scientific Reports.

Группа сверхпроводников AFe₂As₂, иначе именуемых «122» представляет собой огромный класс слоистых соединений, состоящих из слоев тетраэдров [FeAs₄], между которыми находятся катионы A — ионы щелочных, щелочноземельных или редкоземельных элементов. Большинство из них обладает критической температурой перехода в сверхпроводящее состояние около единиц градусов по кельвину, самым высокотемпературным из них является Ba_0.6K_0.4Fe₂As₂ с температурой перехода 38 Кельвин.

Общепризнанная теория сверхпроводимости — теория Бардина-Купера-Шриффера, или попросту БКШ — предсказывает, что с ростом внешнего давления критическая температура будет увеличиваться. Это явление наблюдается на различных видах сверхпроводников, однако среди арсенидов железа нашлись исключения из этого правила. К ним относится и вещество, исследованное авторами — NaFe₂As₂.

Известно, что при высоких давлениях NaFe₂As₂, как и другие представители этого класса с A = Ba, Ca, Eu, Sr, перестает быть сверхпроводником. Для того, чтобы узнать, что происходит при этом с веществом, авторы поместили его порошок в алмазную ячейку, которую затем сдавили до давлений вплоть до 23 гигапаскаль. Через ячейку пропускали пучок рентгеновского излучения, рассеяние которого на веществе позволяет исследовать его атомную структуру.

Оказалось, что при давлении свыше 4 гигапаскаль (в 40 000 раз больше атмосферного) отдельные слои тетраэдров сближаются достаточно для того, чтобы связь железо-мышьяк ослабла, а новые связи мышьяк-мышьяк стали прочными. Происходит так называемый фазовый переход от тетрагональной фазы к сжатой тетрагональной фазе. Этот результат наблюдался раньше для двухвалентных металлов A, но для одновалентного катиона он получен впервые. Такой же результат предсказывает и теоретическая симуляция структуры, проведенная авторами с помощью программного пакета VASP. Авторы утверждают, что наблюдаемое явление напрямую связано с потерей сверхпроводимости в соединении. 

Интересно отметить, что даже мельчайшие изменения в структуре вещества способны изменить восприимчивость сверхпроводника к давлению Так, например, калиевый представитель того же класса соединений, KFe₂As₂, с повышением давления обнаруживает рост критической температуры, предсказанный теорией БКШ, увеличивая ее от 3,4 градусов по Кельвину, до примерно 12 при давлении 15 гигапаскаль.