В сверхпроводнике нашли двойную инверсию эффекта Холла выше критической температуры - Dikobraz NEWS

В сверхпроводнике нашли двойную инверсию эффекта Холла выше критической температуры

В сверхпроводнике нашли двойную инверсию эффекта Холла выше критической температуры

В сверхпроводнике нашли двойную инверсию эффекта Холла выше критической температурыВ сверхпроводнике нашли двойную инверсию эффекта Холла выше критической температурыВ сверхпроводнике нашли двойную инверсию эффекта Холла выше критической температурыВ сверхпроводнике нашли двойную инверсию эффекта Холла выше критической температурыВ сверхпроводнике нашли двойную инверсию эффекта Холла выше критической температуры


Физики экспериментально
исследовали свойства тонких пленок из высокотемпературного сверхпроводника и
обнаружили в них двойное изменение знака коэффициента Холла с уменьшением
температуры, причем одно из них происходило еще до достижения критической температуры перехода. Это подтверждает созданную более 20 лет назад теорию о поведении
высокотемпературных сверхпроводников, которую до этого невозможно было
проверить из-за технологических ограничений. Авторы считают полученные
результаты справедливыми для всех сверхпроводников, что может помочь продвинуть
понимание этого феномена. Статья опубликована в журнале Physical Review
Letters
.

Сверхпроводимость — это макроскопическое
квантовое явление, заключающееся в фазовом переходе некоторых материалов ниже
определенных температур в новое состояние, в котором они проводят электрический
ток без сопротивления. Сегодня известно множество различных сверхпроводников, к
которым относятся как чистые вещества из одного химического элемента, так и
сложные соединения.

Полноценной теории сверхпроводимости
на данный момент нет. В частности, это затрудняет поиск веществ со все большей
критической температурой, ниже которой наступает фазовый переход. Сегодня
рекордные значения температур находятся в области 140 кельвин (порядка -140
градусов Цельсия) для нормальных условий и около 203 кельвин (-70 градусов
Цельсия) при высоких давлениях.

Эффект Холла — это
возникновение поперечной разности потенциалов в проводнике, находящемся в
магнитном поле. В простейшем случае это явление объясняется силой Лоренца,
действующей со стороны магнитного поля на носители зарядов в токе. Она отклоняет
заряды в ту или иную сторону в зависимости от их знака, что приводит к их
накоплению у краев проводника и появлению разности потенциалов. В зависимости
от типа носителей заряда в конкретном веществе эффект Холла может быть
положительным или отрицательным.

Сверхпроводимость
специфическим образом взаимодействует с эффектом Холла, приводя к его инверсии
при переходе вещества в сверхпроводящее состояние. В результате холловское
сопротивление и величины соответствующих потенциалов меняют знак, как будто в
веществе сменился тип носителей заряда. Несмотря на то, что эффект Холла нашел
множество технологических применений, в том числе как метод исследования потенциальных
сверхпроводников, физическая суть инверсии оставалась не до конца понятной.

Читать ещё:  Квантовая корреляция «нарушила» второе начало термодинамики

В 1995 году Михаил
Фейгельман, Вадим Гешкенбейн, Анатолий Ларкин и Валерий Винокур опубликовали теоретическую
статью, в которой подробно изучили вопрос инверсии эффекта Холла в
высокотемпературных сверхпроводниках. В работе рассматривалось влияние
возникающих в сверхпроводнике магнитных вихрей на движение электронов. Однако в
получившиеся выражения входило множество параметров, которые было невозможно
определить из эксперимента на существовавшем тогда уровне развития науки, из-за
чего результат было невозможно проверить.

Коллектив ученых из США,
Японии и России с участием Валерия Винокура в новой работе экспериментально
исследует тонкие пленки высокотемпературного сверхпроводника из класса висмут-стронций-кальциевых
купратов (BSCCO) Bi2.1Sr1.9CaCu2.0O8+δ. Физики подробно изучили эффект Холла в
зависимости от количества слоев в образце и внешней температуры. Уменьшение толщины
позволило получить квазидвумерный материал, в котором влияние интересовавших
авторов эффектов увеличивается.

Одним из непроверенных
ранее предсказаний теории было наличие инверсии эффекта Холла вне области сверхпроводимости.
Для наиболее детально изученного случая материала толщиной в две элементарные
ячейки, для которого критическая температура перехода составляет 81 кельвин,
инверсия наблюдалась также и на 5 кельвинах выше этой температуры. Полученные данные впервые
предоставили возможность количественной проверки теории 1995 года. Результаты
экспериментов оказались в согласии с теоретическими предсказаниями.

Также ученые отмечают,
что синтез использованных тонких пленок сверхпроводников является отдельным технологическим достижением, на осуществление которого физикам
потребовалось пять лет. Они считают, что подтверждение старой теории о влиянии
магнитных вихрей продвинет понимание электронных свойств, в особенности в
случае высокотемпературных сверхпроводников

Физики раньше уже добивались контролируемой инверсии эффекта Холла — для этого они использовали микроструктурированную кольчугу, которая представляла собой метаматериал, имитирующих другой тип носителей заряда. В другой работе физики научились закручивать магнитные вихри для спинтроники.

Читать ещё:  Создана новая форма света

Тимур Кешелава



Источник
Автор: Физик Александр Пушной