Сжатие вместо давления: сверхпроводимость в никелатах на плёнке экспресс
Тонкая, как мыльная плёнка, пластинка керамики — и в ней течёт ток без малейшего сопротивления. Так выглядит сверхпроводимость, которую удалось получить в никелатах — родственниках знаменитых купратных сверхпроводников. Обычно для этого требовалось гигантское давление, сравнимое с давлением на дне океана. Теперь же учёные нашли обходной путь: они вырастили плёнку на кристаллической подложке, которая сжимает её с силой в 2,14%. Сжатие действует как тиски, вынуждая атомы встать в нужный порядок.
При таком сжатии плёнка проявляет сверхпроводимость уже при 60 Кельвинах (минус 213°C), а полностью теряет сопротивление при 33 К. Магнитные измерения подтвердили, что сверхпроводящий слой двумерен — ток течёт только в плоскости плёнки, как по бесконечно гладкому льду. Но главный сюрприз ждал в том, как именно движутся заряды. В кристаллах под давлением ток переносят «дырки» — положительно заряженные пустоты от электронов. Здесь же всё наоборот: носители — сами электроны. Это фундаментальное различие говорит о том, что сжатие и давление, хоть и ведут к одной цели, действуют на материал по-разному.
Так сжатие в 2,14% открывает новое измерение для управления сверхпроводимостью. Вместо того чтобы давить на кристалл со всех сторон, можно просто правильно выбрать «фундамент» для выращивания плёнки. И тогда керамическая пластинка, похожая на кусочек цветного стекла, становится проводником без потерь — мостом в мир энергоэффективных технологий.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2608.01295v1
The realization of high-temperature superconductivity in bilayer nickelates under epitaxial compressive strain is widely interpreted as mimicking the effects of high hydrostatic pressure. To test the equivalence of these mechanisms, we investigated a comprehensive strain continuum ranging from compressive (-2.14%) to tensile (+0.91%). Crucially, via ozone-assisted atomic-layer epitaxy, we realized high-temperature superconductivity in as-grown La2PrNi2O7 films on NdAlO3 substrates, which induce the most extreme compressive strain in this material system. Under extreme compression (-2.14%), these films exhibit a Tc_onset of 60 K, zero resistance at 33 K, and a diamagnetic response at 20 K, with magnetotransport measurements confirming a quasi-two-dimensional superconducting nature. Comparing our phase diagram with reported data reveals distinct lattice responses: unlike in pressurized crystals, the superconducting window in epitaxial films diverges significantly in the out-of-plane parameter c (or c/ap ratio) but remains consistent with the bulk regarding the in-plane parameter ap. Crucially, while superconductivity in both systems emerges from the suppression of spin-density waves (SDW), Hall measurements reveal a fundamental electronic dichotomy: optimal superconducting films are intrinsically electron-like (exhibiting a negative Hall coefficient), in stark contrast to the hole-like nature (positive Hall coefficient) of high-pressure bulk crystals and non-superconducting tensile films. Ultimately, both tuning strategies effectively modulate the underlying correlation landscape - the true driver of superconductivity - transcending the constraints of specific Fermi surface topologies. This work establishes a macroscopic platform for probing the multi-orbital physics of nickelates, offering a new dimension for investigating high-temperature superconductivity.
Температура 60 Кельвинов — это холоднее, чем на поверхности Плутона (около 44 К), но такая сверхпроводимость всё равно считается «высокотемпературной», потому что обычные сверхпроводники работают лишь вблизи абсолютного нуля (ниже 30 К).