Сверхпроводимость в никелатах без добавок экспресс
Кусок металла охлаждают до минус двухсот градусов, и электрический ток начинает бежать по нему без малейшего трения — как если бы вода в трубе текла, не касаясь стенок. Такое поведение называют сверхпроводимостью. Долгое время её искали в никелатах — соединениях никеля и кислорода, похожих по структуре на знаменитые купратные сверхпроводники. Считалось, что для запуска сверхпроводимости нужно обязательно заменить часть атомов в кристалле на другие — примерно каждый пятый атом. Это как если бы для скольжения коньков по льду требовалось предварительно посыпать каток песком.
В новой работе физики вырастили тончайшие плёнки никелата PrNiO₂ — настолько тонкие, что их толщина сравнима с размером нескольких атомов. И обнаружили сверхпроводимость в совершенно чистом веществе, без каких-либо добавок. Плёнки проводили ток без сопротивления и выталкивали магнитное поле — а это два главных признака настоящей сверхпроводимости. Чтобы исключить влияние подложки, на которой выращивали плёнки, учёные создали сложную слоёную структуру — и убедились, что эффект рождается именно в самом никелате, а не на границе с другим материалом.
Самое поразительное открытие — на карте свойств материала этот новый сверхпроводящий «островок» отделён от уже известного «материка» широкой областью, где сверхпроводимости нет вовсе. Раньше думали, что сверхпроводимость в никелатах плавно усиливается с ростом добавок, достигает пика и спадает — как горка. Теперь же видно, что при малых добавках она возникает, исчезает, а потом появляется снова при больших. Два режима различаются и по отклику на магнитное поле: в новом режиме сверхпроводимость гораздо сильнее зависит от направления поля. Это указывает на разную внутреннюю природу явления.
Открытие переворачивает взгляд на никелаты. Их больше нельзя считать просто близнецами купратов — у них своя, пока не разгаданная физика сверхпроводимости. Чистый никелат проводит ток без потерь при температурах, которые всё ещё далеки от комнатной, но сам факт существования двух разных механизмов в одном семействе материалов сулит новые пути к пониманию высокотемпературной сверхпроводимости. Возможно, ключ к ней лежит не в добавках, а в умении сохранить идеальный порядок кристалла.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2607.16684
Infinite-layer nickelates have been widely viewed as cuprate analogs in which superconductivity emerges and forms a superconducting dome centered around 10-20% cation substitution. Here we show that pristine and stoichiometric PrNiO2, without cation substitution, exhibits intrinsic superconductivity characterized by zero resistance and diamagnetism in uncapped films. Through heterostructure engineering, we further exclude an interfacial origin of the superconductivity. Remarkably, zero-resistance superconductivity is consistently observed in trivalent-substituted PrNiO2, whereas it is rapidly suppressed by dilute divalent substitution. Combined with angle-resolved photoemission studies, these results indicate that such a new superconducting regime is confined to within 3% additional hole doping from pristine PrNiO2. Furthermore, this phase is separated from the previously established superconducting dome around ~ 20% divalent doping by a non-superconducting region in the phase diagram, and is further distinguished by a remarkably stronger upper-critical-field anisotropy. These findings establish a unique separated superconducting regime, suggesting that infinite-layer nickelates are not merely cuprate analogs but host distinct superconducting physics.
Сверхпроводящие плёнки PrNiO₂ были настолько тонкими, что их толщина составляла всего несколько атомных слоёв — примерно в сто тысяч раз тоньше человеческого волоса.
В романе «Ложная слепота» Питера Уоттса инопланетные корабли используют сверхпроводящие контуры для маскировки магнитных полей — открытие новых сверхпроводящих режимов приближает фантастику к реальности.