В МИФИ сделали шаг к разгадке природы высокотемпературной сверхпроводимости
Сотрудники кафедры физики твердого тела и наносистем Института ЛаПлаз НИЯУ МИФИ в составе международного научного коллектива впервые получили прямое экспериментальное доказательство явления спаривания носителей заряда в реальном пространстве в семействе высокотемпературных сверхпроводящих оксидов на основе соединения бария, висмута и кислорода (BaBiO3) и выяснили природу аномальных свойств системы. Сделан еще один важный шаг в направлении разгадки природы высокотемпературной сверхпроводимости.
Результаты исследования опубликованы в высокорейтинговом научном журнале Physical Review Research. Несмотря на то, что высокотемпературная сверхпроводимость (ВТСП) была открыта Беднорсом и Мюллером в оксидной системе на основе меди еще в 1986 году, до сих пор нет единой теории, объясняющей комплекс аномальных свойств сверхпроводящих материалов. В то же время достигнуты колоссальные успехи в технологическом их применении.
На их основе создаются длинномерные сверхпроводники, которые используются для получения сверхсильных магнитных полей, создания левитационных систем для транспорта, магнитно-резонансных томографов, ограничителей тока в высоковольтных линиях передач, различных электрических двигателей, индукционных накопителей энергии и других подобных устройств.
Семейство высокотемпературных сверхпроводящих оксидов на основе BaBiO3 вошло в число высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) в 1988 году после открытия подобного вещества с включением атомов калия Ba(К)BiO3 с температурой перехода в сверхпроводящее состояние около 30 кельвинов. Это вещество характеризовалось большим числом аномальных физических свойств, которые можно было объяснить, если предположить, что все носители заряда находятся в спаренном состоянии. Однако до сих пор эксперименты и расчеты лишь косвенно указывали на существование спаренных носителей заряда в BaBiO3.
Профессор кафедры физики твердого тела и наносистем Института лазерных и плазменных технологий НИЯУ МИФИ Алексей Менушенков более 20 лет назад предложил идею получения прямого доказательства существования локального спаривания электронов и дырок. Для этого потребовалось бы провести сложный эксперимент – лазерным импульсом через оптическую щель разрушить спаренное (двухчастичное) состояние вещества резонансным возбуждением и провести наблюдение за релаксацией (установлением равновесия) в одночастичной системе ансамбля свободных электронов.
Проведение такого эксперимента требовало уникального оборудования для возбуждения и наблюдения за состоянием системы с фемтосекундным разрешением. Это стало возможным после строительства около Гамбурга (Германия) с участием России Европейского рентгеновского лазера на свободных электронах EuXFEL.
В качестве основного экспериментального метода исследователи использовали рентгеновскую спектроскопию поглощения с временным разрешением tr-XAS в области мягкого рентгеновского излучения. Разрушение локальных пар электронов и дырок обеспечивалось резонансным возбуждением через оптическую щель импульсами оптического лазера с длиной волны 633 нанометров. Импульсы рентгеновского лазера позволяли снимать XAS спектры с различными временами задержки от 0,01 до 60 пикосекунд после возбуждения с фемтосекундным разрешением.
«Мы наблюдали сильные изменения XAS спектра, который интерпретировали как быстрое (< 0,3 пикосекунд) разрушение пар носителей заряда и более медленную (0,3 – 0,8 пикосекунд) перестройку решетки из искаженной моноклинной структуры в новое метастабильное состояние с идеальной кубической решеткой, сохраняющееся как минимум до 60 пикосекунд после возбуждения», — рассказал руководитель эксперимента Алексей Менушенков.
В результате эксперимента исследователи впервые в мире получили прямое доказательство существования спаривания носителей заряда в реальном пространстве в сверхпроводящем оксиде на основе бария и и висмута. Также впервые была экспериментально наблюдена трансформация электронного спектра из спаренного (двухчастичного) состояния системы в одночастичное состояние ансамбля свободных электронов.
«Мы выявили и объяснили механизм перехода системы в возбужденное метастабильное одночастичное состояние и установили, что спаривание носителей заряда определяет природу основных аномальных свойств системы. Именно спаривание носителей ответственно за локальные искажения решетки, а не наоборот, как, например, в биполярионных моделях», — пояснил ученый.
Высокотемпературные сверхпроводники на основе висмута и меди обладают похожими свойствами и одинаковой структурой, поэтому, по мнению авторов исследования, результаты уникального эксперимента дают новый импульс к пониманию природы высокотемпературной сверхпроводимости.
Работа выполнена в рамках Федеральной научно-технической программы развития синхротронных и нейтронных исследований и исследовательской инфраструктуры на 2019-2027 годы Министерства науки и высшего образования России.
Telegram 
Дзен 
VK Полифенолы и другие соединения заваренного кофе в лабораторной модели связывались с ядерным рецептором NR4A1, который участвует в ответе клеток на стресс, воспаление и повреждение. Вещества меняли активность рецептора и тормозили рост опухолевых клеток, а при подавлении рецептора эффект слабел. Ученые предложили молекулярное объяснение части полезных эффектов кофе, но не проверяли их у людей.
По самой распространенной версии, в прошлом климат Венеры был похож на земной, а к нынешнему состоянию пришел из-за парникового эффекта. Недавно ученые попытались смоделировать этот процесс и обнаружили, что перегретая венерианская кора даже вместе с вулканами просто не могла испустить в атмосферу такое количество углекислого газа, какое мы наблюдаем в ней сейчас.
Каждый год на месторождениях происходят десятки плановых остановок скважин для ремонта или профилактики. Чтобы во время простоев предотвратить выброс нефти и газа на поверхность, скважины глушат и закачивают в них специальные жидкости, в качестве которых нередко используют обратные эмульсии. Раньше считалось, что они безвредны и легко удаляются, поэтому, когда после глушения проницаемость уменьшалась, это списывали на другие факторы — например, отложение парафинов. Комплексно не изучалось, как именно эти составы влияют на снижение добычи. Ученые Пермского Политеха изучили обратные эмульсии и впервые объяснили, как они влияют на проницаемость горных пород. Проведенное исследование позволяет заранее определить, насколько опасен тот или иной состав и какой способ очистки сработает лучше. Это поможет нефтяным компаниям минимизировать потери добычи и избежать дорогостоящих восстановительных работ.
Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно