У сверхпроводимости и магнитосопротивления много общего?
 Упорядоченная структура высокотемпературного сверхпроводника в "обычном" состоянии при низкой температуре (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Известно, что сопротивление материалов зависит от их температуры. Однако, существуют материалы, сопротивление которых ниже определенной температурной границы падает до нуля. Это так называемые сверхпроводники. Как ни удивительно это свойство, оно присуще достаточно большому количеству самых разнообразных веществ; для большинства из них состояние сверхпроводимости наступает при охлаждении ниже нескольких тысячных долей градуса по шкале Кельвина. Существуют материалы, для которых температура перехода в сверхпроводящее состояние много выше и, соответственно, гораздо проще достижима на практике. Это так называемые высокотемпературные сверхпроводники, начало в исследовании которых было положено в 1986 году. С химической точки зрения первые открытые высокотемпературные проводники представляли собой керамику на основе оксидов меди, лантана и бария; позже было показано, что аналогичными свойствами обладают и более сложные (искусственно синтезируемые) купраты.
Не смотря на то, что про сверхпроводимость на сегодняшний день известно уже достаточно много, каждый новый эксперимент порождает массу новых вопросов. Даже для наиболее исследованных высокотемпературных сверхпроводников, купратов, пока еще нельзя полностью описать механизм явления. Основной физической моделью сверхпроводимости на сегодняшний день считается теория Бардина, Купера, Шриффера, однако, многие эффекты, наблюдаемые у высокотемпературных проводников, в ее рамках объяснить невозможно.
Высокотемпературные сверхпроводники на основе купратов в «обычном» состоянии при низких температурах являются хорошо изученными изоляторами, структура которых имеет дальний порядок (т.е. упорядочена на больших расстояниях). Известно, что сверхпроводимость проявляется при появлении в структуре изолятора малого количества свободных «дырок». До сих пор, правда, никто не смог ответить на вопрос, каким образом эти «дырки» перемещаются в упорядоченных структурах, хотя эксперименты однозначно показывают, что миграции присутствуют.
Группа ученых из Max Planck Institute (Штутгарт, Германия) показала, что такой механизм присутствует не только в высокотемпературной сверхпроводимости. Аналогичный процесс «включения» определенных свойств существует и в магнитоустойчивых манганитах. Структура этих веществ так же отличается дальним порядком, а магнитосопротивление (изменение электрического сопротивления вещества под действием магнитного поля) проявляется лишь при появлении свободных «дырок». В их работе, опубликованной в журнале Physical Review B, приведена физическая модель и теоретический расчет миграции одной единственной «дырки» через упорядоченную структуру изолятора с заданными параметрами. Конечно, это еще не ответ на вопросы относительно природы высокотемпературной сверхпроводимости, однако, новая разработанная учеными физическая модель поможет не только лучше понять механизмы сверхпроводимости и магнитосопротивления, но и обратиться к исследованию свойств, общих для обоих типов материалов.
Также по теме:
Источники: