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.
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.