Железо в селениде железа: как примесь, убивающая сверхпроводимость, стала её усилителем экспресс
В кристаллической решётке селенида железа атомы железа и селена чередуются, как кирпичи в кладке. Но иногда в пустоты между ними забираются лишние атомы железа — как непрошеные гости, которые втискиваются в щели между кирпичами. Всего 3% таких «гостей» — и сверхпроводимость исчезает: материал перестаёт проводить ток без сопротивления. В новой работе исследователи вырастили кристалл, где лишнего железа оказалось 11% — втрое больше «смертельной» дозы. И он всё равно стал сверхпроводником, причём с температурой перехода 30,4 К — это выше, чем у многих других сверхпроводников на основе железа.
Секрет в способе синтеза. Обычно такие кристаллы получают при высоких температурах, когда атомы успевают занять самые удобные положения — как пассажиры, рассевшиеся по креслам в пустом автобусе. Здесь же применили гидротермальный ионный обмен: раствор под давлением вымывает одни атомы и вставляет другие, не давая решётке «расслабиться». В результате лишнее железо оказалось заперто в необычных позициях, которые в равновесии невозможны. Это как если бы пассажиров заставили стоять в проходе, хотя свободные кресла есть.
При дальнейшем сжатии в кристалле появляется магнитный порядок, который ранее наблюдали лишь в чистом FeSe под давлением. Получается, что лишнее железо не просто не мешает, а помогает «включить» новые состояния вещества. Авторы считают, что неравновесный синтез открывает дорогу к материалам со свойствами, недостижимыми в обычных условиях — как будто мы научились строить здания не по стандартному проекту, а собирать их из готовых блоков в произвольном порядке.
Температура 30,4 К — это около -243°C, холоднее, чем поверхность Плутона, но для сверхпроводников на основе железа это довольно «тёплая» температура.