Химики МГУ вырастили монокристаллы потенциальных сверхпроводников

Крупные монокристаллы аналогов ранее полученных веществ со сверхпроводниковыми свойствами первыми вырастили и исследовали их кристаллические и электронные структуры специалисты кафедр неорганической и физической химии химфака МГУ им. М. В. Ломоносова, 2 сентября сообщает пресс-служба университета.

Сверхпроводимость — это способность некоторых соединений проводить электрический ток без потерь за счет отсутствия сопротивления при температуре ниже критической. Несмотря на то, что эффект сверхпроводимости был открыт еще в 1911 году (при температуре 3 К), учеными исследованы еще не все нюансы этого явления, необходимые для развития теории сверхпроводимости.

Гораздо позже, в 1986 году было сделано первое открытие в области высокотемпературной сверхпроводимости, ВТСП (35 К), Последние же открытия высокотемпературных сверхпроводников демонстрируют огромные перспективы практического применения таких материалов.

Уже сегодня сверхпроводники используются для создания кубитов квантовых компьютеров, сверхпроводящих кабелей, лент и ВТСП-соленоидов, использующихся в ЯМР-томографах в медицине, ядерной физике и энергетике.

Изучение свойств сверхпроводников облегчается для образцов монокристаллов с линейными размерами порядка нескольких миллиметров, так как в этом случае физические методы исследования дают на порядок больше информации по сравнению с поликристаллическими образцами.

Монокристаллы, во-первых, обычно имеют более высокое качество, а во-вторых, позволяют изучать свойства сверхпроводника по различным кристаллографическим направлениям. Также некоторые методы исследования можно применять только к монокристаллическим образцам.

Теория сверхпроводимости, развитию которой помогут исследования свойств уже открытых сверхпроводников, будет использоваться при разработке новых и оптимизации свойств существующих соединений. В свою очередь развитие сверхпроводящих технологий может стать важным шагом в промышленном и техническом развитии, что делает это направление приоритетным.

«В связи с недавним открытием сверхпроводимости для некоторых висмутидов со структурным типом BaAu₂Sb₂, содержащих в своем составе платину и палладий, возникла идея исследовать подобные соединения с серебром и золотом, — рассказал один из авторов работы, профессор химического факультета МГУ Игорь Морозов. — При этом если BaAg₁.₈Bi₂ был получен ещё в 2007 году, то BaAu₁.₈Bi₂ оставался неизвестным до настоящего времени».

Химики МГУ вырастили из висмутового расплава при его медленном охлаждении крупные (до 4 мм в линейных размерах) монокристаллы двух представителей слоистых висмутидов семейства 122 с общей формулой BaTM₁.₈Bi₂, здесь TM — переходный металл (серебро или золото).

При этом содержащее золото соединение было получено впервые. Эти монокристаллы оказались гигроскопичны и постепенно разрушались на воздухе, что осложнило работу с ними — пришлось использовать перчаточный бокс, заполненный сухим аргоном.

Результаты проведенного подробного исследования с использованием метода монокристального рентгеноструктурного анализа показали, что полученные соединения относятся к не встречавшейся ранее разновидности структурного типа BaAu₂Sb₂. Их особенностью было разупорядочение атомов переходных металлов в антифлюоритоподобном слое и частичное заселение их позиции во флюоритоподобном слое.

Все эти особенности, которым соответствовали существенные особенности и их электронной структуры, значительно отличают соединения типа BaTM₁.₈Bi₂ от других представителей семейства 122. Ученые предполагают, что их будут отличать и необычные физические свойства.

«Нам удалось вырастить относительно крупные монокристаллы тройных висмутидов, установить особенности их кристаллического и электронного строения. Результаты свидетельствуют о заметном сходстве кристаллической и электронной структур полученных соединений и 122 сверхпроводников. Это позволяет сделать предположение о наличии у них сверхпроводимости. В дальнейшем мы планируем изучить свойства полученных тройных висмутидов уже при низких температурах», — рассказал Игорь Морозов.

Результаты рентгеноструктурных исследований полученных кристаллов, которые проводились на рентгеновском дифрактометре для анализа монокристаллов Bruker D8 QUEST, были представлены исследователями в журнале Crystals в статье «Кристаллическая и электронная структура тройных висмутидов BaTM₁.₈Bi₂ (TM = Au, Ag) с новой вариацией структурного типа BaAu₂Sb₂)».