О природі високотемпературної надпровідності

О природі високотемпературної сверхпроводимости

Бобков Олександр Михайлович Даже ті, хто далекі наука, чули про надпровідності. Сутність цього явища, що було відкрито близько ста тому, у тому, що в окремих матеріалів за досить низьких температурах відсутня електричне опір. Такі надпровідники відштовхують від магнітне полі. Саме у цьому грунтується ефектний демонстраційний досвід, коли маленький магніт левитирует, тобто ширяє, над сверхпроводником зволікається без жодної поддержки.

Долгое час фізики було неможливо пояснити це явище, та й практичного застосування йому не перебувало. Але середині уже минулого століття вчені нарешті змогли зрозуміти природу надпровідності. Стало ясно, як і промисловості конче потрібні такі матеріали. Проте використовувати надпровідність не вдавалося з технічних і економічних причин, оскільки речовини треба було охолоджувати до низьких температур.

Ситуация змінилася ближче під кінець уже минулого століття, коли було відкрито чимало нових, незвичайних надпровідних сполук, які мають часом дивовижними властивостями. У декого з тих, про високотемпературних надпровідниках, явище виникало при набагато вищих температурах, хоча досі набагато нижчі нуля за Цельсієм. І, тим щонайменше, високотемпературні надпровідники, із якими було легше і дешевше працювати, стали активно укладати нашу жизнь.

Сегодня надпровідність використовують й у транспорті (монорельсы), й у медицині (різні датчики, знімають магнитокардиограммы і магнитоэнцефалограммы), і під час виробництва гігантських прискорювачів, і за будівництві експериментальних термоядерних реакторів. Безсумнівно, що використання надпровідності буде зацікавлений у найближчими роками розширюватися — взяти хоча б квантові комп’ютери, у яких без надпровідності не обойтись.

Однако досі природа незвичайної високотемпературної надпровідності залишається для учених загадкою. У звичайних надпровідниках надпровідність характеризується параметром порядку, котрі можуть залежати тільки від координат. Саме ж явище надпровідності з’являється у результаті тяжіння електронів поблизу поверхні Фермі через обміну фононами. Що ж до незвичайних (анизотропных) надпровідників, то них параметр порядку може залежати від напрями імпульсу, проте механізм освіти надпровідності у яких до цього часу не зрозумілий. І хоча у вивченні незвичайної надпровідності вже досягнуть істотного прогресу — наприклад, повністю ідентифікований тип симетрії параметра ладу у високотемпературних надпровідниках, — незрозумілого і недослідженого у цій галузі ще багато. Мої свої інтереси пов’язані з вивченням цього кола проблем.

Я займаюся теоретичним вивченням високотемпературних надпровідників (високотемпературні купраты) і киральных надпровідників (рутенат, надпровідний з'єднання з такими тяжкими фермионами). Всі ці надпровідники сильно анизотропны. Зазвичай, я розглядаю неоднорідні системи, котрі перебувають з анизотропных і спонукає пересічних надпровідників, нормальних металів, діелектриків і ферромагнетиков. Це може бути зразки найменших розмірів, у яких важлива дискретна структура надпровідника, чи контакти з слабкої зв’язком між різними підсистемами, чи зразки складної геометричній форми з анизотропных надпровідників. Під час вивчення таких систем зазвичай використовують метод квазиклассических гриновских функцій чи решеточные моделі надпровідності із сильною связью.

В більшості таких систем важливе значення мають андріївські пов’язані стану, які в чому визначають транспортні властивості контактів: джозефсоновский струм і низкоэнергетическую частина кондактанса. (Зауважу, що аналізовані мною системи — або контакти власними силами, чи їх потенційна складова частина.) Тому вкрай цікаво розглянути властивості спектрів квазичастичных порушень в системах, особливо наявність й посвідку андріївських пов’язаних станів межах розділів в надпровідниках, залежність їх спектрів від напрямку імпульсу лежить на поверхні Фермі, наслідки інтерференції від різних пов’язаних станів в зразках складної форми. Асиметрія спектрів андріївських пов’язаних станів часто пов’язані з появою спонтанних струмів, які виникають на поверхнях розділу в системах з анизотропными сверхпроводниками. Якщо геометрична форма системи досить складна, з-за спонтанних струмів можливо поява вихрових магнітних структури областях вигину кордонів раздела.

Безусловно, цікаво теоретично вивчати ті параметри, які можна експериментально обмірювані. Для аналізованих систем це равновесные і неравновесные транспортні характеристики, і навіть щільність станів в зразку. Серед транспортних характеристик треба виділити джозефсоновский струм, котрій зазвичай розраховують залежності критичного струму від температури і/або магнітного поля, докладеної до системи. Приклад нерівновагової транспортної характеристики різних контактів із анизотропными сверхпроводниками — кондактанс. Форма кондактанса й різні особливості на його низкоэнергетической частини також пов’язані з параметрами спектрів пов’язаних станів, які, своєю чергою, різні щодо різноманітних типів спарювання. Вплинув на провідність контактів надає залежність прозорості бар'єра від напрямку імпульсу, скоррелированная з залежності від напрями імпульсу спектрів пов’язаних станів. Цікаво подивитися, як зовнішнє магнітне поле, на все студійовані характеристики, тим більше зовнішнє магнітне полі - одне із найбільш зручних «інструментів «для на систему. Усе це й стало предметом моїх наукових исследований.

За останні роки мені вдалося вивчити критичний джозефсоновский струм в уголковых SND (звичайний сверхпроводник-нормальный металл-высокотемпературный надпровідник) контактах у магнітному полі, і навіть спектри андріївських пов’язаних станів і джозефсоновских струмів в симетричних тунельних контактах з киральными сверхпроводниками. Внаслідок цього вдалося передбачити поява логарифмічною аномалії в низькотемпературної частини залежності критичного джозефсоновского струму від температури. Вдалося також з’ясувати, що становище піків в кондактансе тунельних SIN (сверхпроводник-туннельный барьер-нормальный метал) і SIS (сверхпроводник-туннельный барьер-сверхпроводник) контактів пов’язані з особливостями спектрів пов’язаних станів, передбачити, що у цю зв’язок дуже впливає форма залежності прозорості тунельного бар'єра від напрями імпульсу падаючих квазичастиц. Ще одне важливе результат — виявлення нетривіальності ідентифікації андріївських пов’язаних станів в вузьких дротиках надпровідників та образу сильної ефекту парності залежно від поперечної ширини проволочки.

Список литературы

Для підготовки даної роботи було використані матеріали із сайту internet.