Доказано влияние спиновых флуктуаций на сверхпроводимость

Международная группа исследователей, в которую вошел профессор МГУ, доказала решающую роль спиновых флуктуаций в формировании сверхпроводимости. Статью о своей работе ученые опубликовали в последнем номере журнала Nature Materials. Коротко об исследовании сообщается в пресс-релизе, поступившем в редакцию «Ленты.ру».

В 1957-м году американские физики объяснили свойство некоторых материалов полностью терять электросопротивление при низких температурах. В созданной ими теории свободные электроны, взаимодействуя с кристаллической решеткой, начинали притягиваться друг к другу и связываться в так называемые куперовские пары, способные к движению по кристаллу без рассеяния, а тем самым, и без потерь энергии. Агентом притяжения здесь были фононы (квазичастицы, представляющие собой волновые колебания решетки, распространяющиеся наподобие реальных частиц), которыми электроны при этом обменивались.

В дальнейшем ученые стали находить и предсказывать другие механизмы образования куперовских пар — магнонные, экситонные и так далее. Авторы нового исследования решили экспериментально проверить гипотезу, по которой все начинается с так называемых спиновых флуктуаций – дрожания спинов электронной подсистемы. Такие возбуждения искажают решетку, что заставляет спины дрожать еще более согласованно, выстраиваясь в цепочки (страйпы) вдоль какого-то из направлений в кристалле. Это, в свою очередь, вызывает нематичность, которую следует понимать как самоорганизованное электронное состояние, нарушающее вращательную симметрию решетки. И в этом повсеместном дрожании спинов, решетки и распределения электронов в пространстве рождаются куперовские пары, способные мчаться сквозь кристаллическую решетку.

В качестве исследуемого материала был выбран селенид железа — самое простое, всего лишь двухкомпонентное, сверхпроводящее соединение, с очень простой кристаллической структурой, все изменения в которой легко интерпретировать. Выращиванием монокристаллов селенида железа занимались российские участники эксперимента. Сами эксперименты проводились в Окриджской Национальной лаборатории, США, а также во Франции, в Лаборатории Леона Бриллюэна и в Институте Лауэ-Ланжевена, где монокристаллы исследовались методами упругого и неупругого рассеяния нейтронов.

Результаты этих экспериментов подтвердили верность ранее высказанной гипотезы о ключевой роли спиновых флуктуаций в формировании сверхпроводящего состояния в селениде железа.