Магнетизм и сверхпроводимость
Координатор проекта: Вагов А. В.
Исследователи: Вагов А.В., Шаненко А. А., Сараива Т.Т.
Внешнее сотрудничество: Столяров В.В., Агиар Ж.А.
Недавние результаты и публикации
Сверхпроводимость между первым и вторым родом в ферромагнитных сверхпроводниках
Недавние успехи в изучении ферромагнитных сверхпроводников открыли много новых и интересных аспектов физики сверхпроводимости, в частности, касающихся магнитных свойств сверхпроводников. Сосуществование сверхпроводимости и магнетизма в таких материалах в решающей степени зависит от того, как связаны магнитная и сверхпроводящая подсистемы. А именно, наиболее важным является то, какая из двух подсистем является "самой сильной", т.е. какая из двух критических температур наибольшая - температура Кюри магнитного упорядочения Tm или критическая температура сверхпроводимости Tc. В соединениях на основе урана, таких как UGe2, URhGe или UCoGe, или в материалах Ho1.2Mo6S8, ErRh4B4 и ZrZn2 взаимодействие между магнитными моментами и спинами свободных электронов осуществляется по обменному механизму, в этом случае синглетное спаривание подавлено и Tc < Tm, а сверхпроводимость с триплетным спариванием дает лишь незначительные поправки к преимущественно ферромагнитному состоянию.
Пниктиды железа, такие как EuFe{Rb,Rh,Cs}AsP, являются противоположным примером, где связь между сверхпроводящей и магнитной подсистемами осуществляется через магнитное поле. Слабый ферромагнетизм в этих материалах не подавляет обычное синглетное спаривание, и соотношение между критическими температурами противоположно Tc > Tm. В частности, это имеет место в соединениях EuFe2(As1-xPx)2 для большого интервала параметра P-допирования x. В этих соединениях сверхпроводимость связана с электронами Fe-3d, а ферромагнитное упорядочение создается спинами Eu-4f. При x=0.21 это соединение демонстрирует Tc= 24,2 K и Tm =19 K. Еще большая разница между критическими температурами Tc = 36 K и Tm = 15 K наблюдается в соединении EuRbFe4As4.
Сосуществование в таких материалах двух параметров порядка (свехпроводящего и ферромагнитного) при температурах T < Tm < Tc, описывающих сверхпроводимость и магнетизм, приводит к множеству физических явлений, не наблюдаемых в обычных сверхпроводниках и ферромагнетиках. Измерения пространственного профиля намагниченности в таких материалах выявили большое разнообразие пространстенных экзотических узоров, образуемых магнитными моментами, чувствительных к малейшим изменениям температуры, приложенного магнитного поля и тока. Эти структуры, по-видимому, являются новыми представителями семейства самоорганизующихся паттернов, возникающих во многих других системах природы, начиная от геологических структур и заканчивая эмбриональными клетками. Характерной и отличительной особенностью таких экзотических структур в ферромагнитных сверхпроводниках является нетривиальное участие топологических возбуждений, в том числе скирмионов, связанных с вихрями в гетероструктурах ферромагнетик-сверхпроводник [как показывают недавние результаты исследований групп Университета МФТИ (Столяров) и Университета Антверпена (Милошевич)]
Напротив, интервал промежуточных температур Tm < T <Tc раньше привлекал гораздо меньше внимания. В этом случае ферромагнитное упорядочение не существует само по себе, действуя как возмущение сверхпроводящего состояния. Однако и здесь влиянием магнитной подсистемы нельзя пренебрегать, поскольку парамагнитный отклик спинов может сильно модифицировать сверхпроводящие характеристики. Это следует уже из лондоновской теории сверхпроводимости при учете связи с дополнительной магнитной подсистемой [см. работы Булаевского и соавторов]. Эта теория предсказывает, что взаимодействие вихрей, будучи изначально отталкивающим, становится притягивающим при низких температурах, указывая на переход от сверхпроводимости типа II к типу I.
Недавние исследования сотрудников нашего Центра продеменстрировали, что температурно-регулируемый кроссовер от второго к первому роду сверхпроводимости, который происходит в ферромагнитном сверхпроводнике при понижении температуры от Tc до Tm позволяет провести систему через весь интервал интертипной сверхпроводимости (сверхпроводимости междк первым и вторым родом), сканируя всю ее фазовую диаграмму, чего нельзя достичь в обычных соединениях. Таким образом, ферромагнитные сверхпроводники с Tm < Tc представляют собой уникальный класс материалов с магнитными свойствами, которые можно настроить на любую желаемую точку между двумя обычными родами сверхпроводимости. Такие материалы представляют собой универсальную испытательную площадку, позволяющую исследовать детали интертипной сверхпроводимости и соответствующие экзотические конфигурации вихревой материи(кластеры вихрей, вихревые цепочки и жидкие вихревые капли). Это может обещать заманчивую перспективу для технологических приложений, где контролируемое изменение типа магнитного отклика может быть использовано для разработки новых датчиков поля, тока или температуры.
 |
| Область на фазовой диаграмме k-T, где k – это параметр Гинзбурга-Ландау и T – это температура. На панелях (а) и (б) показаны верхняя k_u и нижняя k_l границы области интертипной сверхпроводимости для ферромагнитного сверхпроводника с s-спариванием и температурой Кюри меньшей, чем у сверхпроводника. Кривая k* разделяет роды I и II в теории Гинзбурга-Ландау, k_s— линия нулевого поверхностного натяжения доменной стенки N-S. На панели (в) показаны примеры парного потенциала взаимодействия вихрей в зависимости от межвихревого расстояния R (в единицах длины когерентности) вместе с соответствующими конфигурациями вихревой материи в малых магнитных полях (красный - мейснеровские домены, зеленый - вихри) для различных точек на фазовой диаграмме, отмеченных цветными кружками. |
Нашли опечатку?
Выделите её, нажмите Ctrl+Enter и отправьте нам уведомление. Спасибо за участие!
Сервис предназначен только для отправки сообщений об орфографических и пунктуационных ошибках.