Ученые обнаружили новое свойство сверхпроводников, созданных на основе квазикристаллов

Группа ученых из ядерного университета МИФИ, МФТИ и ВШЭ открыла ранее неизвестное свойство сверхпроводников, созданных на основе квазикристаллов.

Что такое квазикристаллы? Это класс материалов, у которых, в отличие от обычных кристаллов, обладающих повторяющейся периодической атомной структурой, имеются упорядоченные, но не повторяющиеся узоры с типами симметрии, ранее неизвестной в природе.

Еще в 1982 году израильский физик и химик, лауреат Нобелевской премии по химии за 2011 год Дан Шехтман при изучении быстро охлажденных алюминиево-марганцевых сплавов обнаружил необычную дифракционную картину. На ней были видны четкие и характерные для кристаллов пики, однако они указывали на наличие оси симметрии пятого порядка - явление, которое прежде считалось невозможным для твердых тел. Согласно классической кристаллографии, для кристаллов допускались лишь оси симметрии второго, третьего, четвертого и шестого порядков.

В 1984 году Дан Шехтман со своими коллегами опубликовал результаты своих исследований, впервые введя термин «квазикристалл». С момента первоначального открытия учеными были синтезированы и подтверждены сотни квазикристаллов. Чаще всего они встречаются в алюминиевых сплавах, хотя известны и многочисленные другие их составы.

В 2011 году исследователи обнаружили природные квазикристаллы в метеорите, найденном в России в Корякском нагорье. Эта находка доказала, что квазикристаллы могут образовываться в естественных условиях - вероятно, в результате процессов, протекающих при высоких температурах и давлении.

Если говорить о свойствах квазикристаллов, то в течение десятилетий после их открытия считалось, что они не обладают сверхпроводимостью из-за низкой электронной проводимости и локализованных электронных состояний. Однако в 2018 году исследователи совершили прорыв, обнаружив сверхпроводимость в квазикристаллическом сплаве алюминия, цинка и магния при сверхнизких температурах. Эти открытия доказали, что сверхпроводимость действительно может возникать в апериодических структурах, открывая новые направления для исследований.

В рамках своих исследований ученые из трех российских вузов предположили, что в квазикристаллах должна наблюдаться перестройка вихрей Абрикосова, то есть должны проявляться квантованные структуры, которые возникают в сверхпроводниках второго рода при проникновении в них внешнего магнитного поля. В ходе лабораторных испытаний было определено, что при температурах, близких к абсолютному нулю, вихри «застревают» в естественных дефектах структуры квазикристалла. То есть, по сути, квазикристалл сам служит идеальной ловушкой для вихрей. При повышении температуры, вплоть до критической температуры сверхпроводимости, картина меняется: вихри вырываются из ловушек, их взаимодействие друг с другом становится сильнее влияния решетки, и они перестраиваются.

Этот эффект термического переключения структуры вихрей позволяет «включать» и «выключать» влияние атомарного узора на макроскопические свойства сверхпроводника всего лишь с помощью повышения или понижения температуры.

Мона Платонова.

Фото rea.ru