Сверхпроводники — материалы, способные проводить электричество без сопротивления при охлаждении ниже критической температуры. Источник: SciTechDaily
Ученые из Уорикского университета выяснили, что строение медьсодержащих сверхпроводников (купратов) сложнее, чем считалось ранее. Кристалл, который раньше воспринимали как однородный, на самом деле состоит из областей с двумя слегка различающимися вариантами расположения атомов. Границы между этими областями оказались в сотни раз шире, чем ожидалось, и по своим свойствам напоминают самостоятельную структуру, а не простую разделительную линию.
Купраты способны проводить ток без сопротивления при температурах, которые считаются высокими для сверхпроводимости, хотя в абсолютных значениях остаются очень низкими. Эти материалы рассматривают как основу для будущих энергосетей, медицинских сканеров и квантовых компьютеров, а также для создания значительно более мощных магнитов. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.
Чтобы заглянуть внутрь кристалла, специалисты химического факультета Уорикского университета совместно с Европейским центром синхротронного излучения (ESRF) во Франции применили сканирующую трехмерную рентгеновскую дифракцию. Метод работает по принципу медицинской компьютерной томографии, но показывает расположение атомов внутри материала. Впервые удалось построить объемную картину глубинных слоев кристалла и увидеть структурные различия по всему его объему.
Провести такие измерения позволила недавняя модернизация ESRF стоимостью 150 млн евро. По словам исследователей, новый метод пригодится не только для сверхпроводников: он дает возможность изучать самые разные материалы в трех измерениях с недоступной прежде детализацией и выяснять, как внутреннее строение влияет на их поведение.
Команда предполагает, что подобная скрытая структурная неоднородность характерна для всего семейства купратов. Она может встречаться и в родственных материалах, которые изучают в связи со сверхпроводимостью при экстремальном давлении. Руководитель работы профессор Марк Сенн отметил, что сорок лет считалось, будто эти материалы одинаковы по всему объему, и почти вся теория строилась на этом представлении. «Мы показали, что это не так. Кристалл по сути состоит из чередующихся областей с разной структурой, а необычно широкие границы между ними, вероятно, мешают сверхпроводимости, а не просто соседствуют с ней», — сказал он.
По мнению ученого, это может объяснять, почему одни материалы работают лучше других. Кроме того, часть уже сделанных измерений объема придется переосмыслить, а будущие теоретические модели должны будут учитывать такую структурную сложность.