Сверхпроводники из МГУ двигают науку вперед

Международной группе исследователей удалось впервые продемонстрировать, что распределение кислородных дефектов у сверхпроводящих купратов не является случайным, а показывает некое коррелированное поведение, которое взаимодействует с волной зарядовой плотности. Прежде считалось, что дефекты, связанные с внедрением кислорода, имеют случайный характер. 

Статья "Inhomogeneity of charge-density-wave order and quenched disorder in a high-Tc superconductor", посвященная изысканиям, опубликована в престижном журнале Nature.

Участие в работе принял Сергей Казаков, который является старшим научным сотрудником кафедры электрохимии химического факультета Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова.

После окончания аспирантуры химического факультета МГУ Сергей Казаков уехал работать в Федеральный швейцарский технологический институт Цюриха. Там он занимался проблемами синтеза и роста монокристаллов под высоким давлением соединений, обладающих интересными электрофизическими свойствами, в основном, сверхпроводящих. Во время работы в Швейцарии Сергей Казаков вырастил те самые кристаллы, которые исследовались в настоящей работе.

«В 2005 году я вернулся в МГУ, а кристаллы послужили основанием для исследования и появления статьи в Nature спустя десять лет. Это показывает, что хорошие результаты никогда не пропадают втуне», — рассказал Сергей Казаков.

Сама статья посвящена исследованию взаимодействия между волной зарядовой плотности и замороженного беспорядка, создаваемым допантами в сверхпроводниках. Это рассматривается на примере сверхпроводящего сложного оксида ртути и меди HgBa2CuO4+y, который является идеальным объектом для изучения модельных явлений, так обладает неискаженной тетрагональной структурой и максимальной температурой перехода (Тс=95 К) среди однослойных купратов.

Объектом исследования в данной работе являлись ртутьсодержащие сверхпроводники, которые были открыты учеными МГУ еще в 1993 году. «В то время, когда я был студентом и аспирантом химического факультета МГУ, мои научные руководители Евгений Викторович Антипов и Сергей Николаевич Путилин занимались поиском новых сверхпроводящих соединений. В результате их усилия увенчались открытием  нового класса ртутьсодержащих сверхпроводников с общей формулой HgBa2Can-1CunO2n+2+y, которые до сих пор обладает максимальными критическими температурами перехода в сверхпроводящее состояние при нормальном давлении. Прошло много лет, а эти сверхпроводники по-прежнему в центре внимания ученых», — рассказал Сергей Казаков.

По его мнению, само исследование, опубликованное в Nature, предлагает новый взгляд на сложность явления фазового разделения на нано уровне в высокотемпературных сверхпроводниках и может пролить свет на теорию высокотемпературной сверхпроводимости, которая до сих пор не установлена окончательно.

Имеется у теории и практическое применение: один из авторов статьи Антонио Бьянкони, работающий в Римском международном центре материаловедения, рассказал, что полученные результаты поспособствуют созданию сверхпроводника, работающего при комнатной температуре, что, в свою очередь, станет подспорьем для создания настоящего квантового компьютера. 

Ранее считалось, что квантовый эффект сверхпроводимости может возникать лишь при абсолютном нуле — минимальном пределе температуры, которую может иметь физическое тело во Вселенной. По шкале Цельсия этому значению соответствует температура -273,15°C. Исследователи же доказали, что эффект проявляется и при температуре в -70°C, а это позволяет проводить эксперименты в Арктике.