В лаборатории Корнеллского университета физики неожиданно обнаружили, что сверхпроводимость в селениде железа FeSe зависит не от количества электронов, а от того, насколько идеальна кристаллическая решётка материала. Этот вывод меняет привычное представление о высокотемпературных сверхпроводниках и открывает новый путь к их управлению.
Обычно в таких материалах учёные меняют число электронов — так называемое допирование, — чтобы попасть в «купол» сверхпроводимости, где материал теряет сопротивление при относительно высоких температурах. В FeSe, однако, всё оказалось иначе. Исследователи под руководством Кайла Шена показали, что кривая этого купола тесно связана с рассеянием электронов на дефектах решётки, а не с концентрацией носителей заряда.
Представьте городские улицы: если дороги ровные и без ям, машины едут быстро и без помех. Стоит появиться выбоинам и препятствиям — движение замедляется, даже если машин не прибавилось. Так и в кристалле FeSe: электроны «спотыкаются» о несовершенства решётки, и именно это определяет, когда материал становится сверхпроводником.
Постдок Пол Малиновски, первый автор работы, опубликованной в PNAS, поясняет: «Мы выяснили, что купол в этом материале управляется совсем не тем, к чему привыкли. Не тем, сколько электронов вы добавляете, а тем, какие препятствия они встречают на пути — насколько совершенна или несовершенна кристаллическая решётка».
Экспериментаторы использовали новую методику контроля FeSe и измерили, как меняется сопротивление при разных уровнях беспорядка. Оказалось, что минимальный беспорядок позволяет достичь максимальной температуры сверхпроводимости, тогда как простое изменение числа электронов даёт гораздо меньший эффект. Это отличает FeSe от большинства других железосодержащих сверхпроводников.
Открытие важно не только для фундаментальной физики. Понимание роли структурного беспорядка может помочь создавать более стабильные и управляемые материалы для будущих технологий — от мощных магнитов до квантовых устройств. Чем чище решётка, тем ближе мы к практическому использованию высокотемпературной сверхпроводимости.
