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 Сам факт того, что после распада Западной Римской империи возникали новые государства, историкам известен давно. Нет сомнений в существовании королевств готов, франков, лангобардов и других постримских политических образований. Авторы нового исследования сосредоточились на более сложном вопросе. Они попытались выяснить, как именно происходило формирование таких обществ на уровне отдельных людей, семей и общин. Впервые благодаря сочетанию генетических и археологических данных исследователи смогли реконструировать развитие одного постримского политического общества, которое располагалось на территории Паннонии.
Физикам долго не удавалось применить фазовый контраст в электронной микроскопии. Оказалось, что нужно было прекратить искать подходящее вещество для фазовой пластины и обратить внимание на лазеры.
Ученые с высокой точностью измерили ключевые параметры нейтринных осцилляций — угол смешивания θ₁₂ и разность квадратов масс нейтрино. Результаты верифицировали несколькими методами.
Сам факт того, что после распада Западной Римской империи возникали новые государства, историкам известен давно. Нет сомнений в существовании королевств готов, франков, лангобардов и других постримских политических образований. Авторы нового исследования сосредоточились на более сложном вопросе. Они попытались выяснить, как именно происходило формирование таких обществ на уровне отдельных людей, семей и общин. Впервые благодаря сочетанию генетических и археологических данных исследователи смогли реконструировать развитие одного постримского политического общества, которое располагалось на территории Паннонии.
Физикам долго не удавалось применить фазовый контраст в электронной микроскопии. Оказалось, что нужно было прекратить искать подходящее вещество для фазовой пластины и обратить внимание на лазеры.
Ученые с высокой точностью измерили ключевые параметры нейтринных осцилляций — угол смешивания θ₁₂ и разность квадратов масс нейтрино. Результаты верифицировали несколькими методами.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
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