ПРОГРЕСС, ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ КОМНАТНО-ТЕМПЕРАТУРНОЙ СВЕРХПРОВОДИМОСТИ

Обложка
  • Авторы: Троян И.А.1, Семенок Д.В.2, Садаков А.В.3, Любутин И..1, Пудалов В.М.3,4
  • Учреждения:
    1. Институт кристаллографии им. А. В. Шубникова, Курчатовский комплекс кристаллографии и фотоники, НИЦ «Курчатовский институт»
    2. Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research (HPSTAR)
    3. Центр исследований высокотемпературной сверхпроводимости и квантовых материалов им. В. Л. Гинзбурга, Физический институт им. П. Н. Лебедева Российской академии наук
    4. Научно-исследовательский университет «Высшая школа экономики»
  • Выпуск: Том 166, № 1 (2024)
  • Страницы: 74-88
  • Раздел: Статьи
  • URL: https://rjraap.com/0044-4510/article/view/653855
  • DOI: https://doi.org/10.31857/S0044451024070083
  • ID: 653855

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Обнаружение сверхпроводимости при мегабарных (МБ) давлениях в сероводороде H3S, затем в полигидридах металлов, начиная с бинарных, LaH10 и др., и заканчивая тройными, в том числе (La, Y)H10, произвело революцию в области физики конденсированного состояния. Эти открытия укрепляют надежду на решение столетней проблемы создания материалов, обладающих сверхпроводимостью при комнатной температуре. В экспериментах, выполненных при МБ-давлениях в последние 5 лет, помимо самого синтеза гидридов, их физические свойства исследовались с использованием методов оптической, рентгеновской и мессбауэровской спектроскопии, а также гальваномагнитных измерений. Мы приводим основные результаты гальваномагнитных измерений, включая измерения в сильных статических (до 21 Тл) и импульсных (до 70 Тл) магнитных полях. Измерения падения сопротивления до исчезающе малых значений при температурах ниже критической Tc, уменьшение критической температуры Tc с ростом магнитного поля, а также диамагнитное экранирование свидетельствуют о сверхпроводящем состоянии полигидридов. Результаты измерений изотопического эффекта, в совокупности с эффектом влияния магнитных примесей на Tc, свидетельствуют об электрон-фононном механизме спаривания электронов. Однако межэлектронные корреляции в полигидридах отнюдь не малы как в сверхпроводящем, так и в нормальном состояниях. Возможно, что именно с этим связаны необычные свойства полигидридов, не получившие пока удовлетворительного объяснения, такие как линейная температурная зависимость второго критического поля Hc2(T), линейная зависимость сопротивления ρ(T ), а также линейное магнитосопротивление, весьма похожее на обнаруженное П. Л Капицей в 1929 г. Статья для специального выпуска ЖЭТФ, посвященного 130-летию П. Л. Капицы

Об авторах

И. А. Троян

Институт кристаллографии им. А. В. Шубникова, Курчатовский комплекс кристаллографии и фотоники, НИЦ «Курчатовский институт»

Москва, Россия

Д. В. Семенок

Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research (HPSTAR)

Beijing, China

А. В. Садаков

Центр исследований высокотемпературной сверхпроводимости и квантовых материалов им. В. Л. Гинзбурга, Физический институт им. П. Н. Лебедева Российской академии наук

Москва, Россия

И .С. Любутин

Институт кристаллографии им. А. В. Шубникова, Курчатовский комплекс кристаллографии и фотоники, НИЦ «Курчатовский институт»

Москва, Россия

В. М. Пудалов

Центр исследований высокотемпературной сверхпроводимости и квантовых материалов им. В. Л. Гинзбурга, Физический институт им. П. Н. Лебедева Российской академии наук; Научно-исследовательский университет «Высшая школа экономики»

Email: pudalovvm@lebedev.ru
Москва, Россия; Москва, Россия

Список литературы

  1. E. Wigner and H. B. Huntington, J. Chem. Phys. 3, 764 (1935).
  2. N. W. Ashcroft, Phys. Rev. Lett. 21, 1748 (1968).
  3. T. W. Barbee et al., Nature 340, 369 (1989).
  4. N. W. Ashcroft, Phys. Rev. Lett. 92, 187002 (2004).
  5. J. Feng, W. Grochala, T. Jaron, R. Hoffmann, A. Bergara, and N. W. Ashcroft, Phys. Rev. Lett. 96, 017006 (2006).
  6. M. I. Eremets, I. A. Trojan, S. A. Medvedev, J. S. Tse, and Y. Yao, Science 319, 1506 (2008). https://doi.org/10.1126/science.1153282
  7. A. P. Drozdov, M. I. Eremets, I. A. Troyan, V. Ksenofontov, and S. I. Shylin, Nature 525, 73 (2015).
  8. М. И. Еремец, А. П. Дроздов, УФН 186, 1257 (2016).
  9. D. V. Semenok, I. A. Troyan, A. G. Ivanova, A. G. Kvashnin, I. A. Kruglov, M. Hanfland, A. V. Sadakov, O. A. Sobolevskiy, K. S. Pervakov, I. S. Lyubutin, K. V. Glazyrin, N. Giordano, D. N. Karimov, A. L. Vasiliev, R. Akashi, V, M. Pudalov, and A. R. Oganov, Materials Today 48, 18 (2021), https://doi.org/10.1016/j.mattod.2021.03.025.
  10. И. А. Троян, Д. В. Семенок, А. Г. Иванова, А. Г. Квашнин, Д. Джоу, А. В. Садаков, О. А. Соболевский, В. М. Пудалов, И. С. Любутин, А. Р. Оганов, УФН 192, 799 (2022).
  11. A. P. Drozdov et al., Nature 569, 528 (2019).
  12. I. A. Troyan, D. V. Semenok, A. G. Kvashnin, A. V. Sadakov, O. A. Sobolevskiy, V. M. Pudalov, A. G. Ivanova, V. B. Prakapenka, E. Greenberg, A. G. Gavriliuk, I. S. Lyubutin, V. V. Struzhkin, A. Bergara, I. Errea, R. Bianco, M. Calandra, F. Mauri, L. Monacelli, R. Akashi, and A. R. Oganov, Adv. Mater. 33, 2006832 (2021).
  13. P. Kong, V. S. Minkov, M. A. Kuzovnikov, A. P. Drozdov, S. P. Besedin, S. Mozaffari, L. Balicas, F. F. Balakirev, V. B. Prakapenka, S. Chariton, D. A. Knyazev, E. Greenberg, and M. I. Eremets, Nat. Commun. 12, 5075 (2021).
  14. W. Chen, D. V. Semenok, X. Huang, H. Shu, X. Li, D. Duan, T. Cui, and A. R. Oganov, Phys. Rev. Lett. 127, 117001 (2021).
  15. P. W. Anderson, J. Phys. Chem. Solids 11, 26 (1959).
  16. А. А. Абрикосов, Основы теории металлов, Наука, Москва (1987).
  17. J. Bardeen, L. N. Cooper, and J. R. Schrieffer, Phys. Rev. 108, 1175 (1957).
  18. А. А. Абрикосов, Л. П. Горьков, ЖЭТФ 39, 178 (1960).
  19. D. V. Semenok, I. A. Troyan, A. V. Sadakov, D. Zhou, M. Galasso, A. G. Kvashnin, A. G. Ivanova, I. A. Kruglov, A. A. Bykov, K. Y. Terent’ev, A. V. Cherepakhin, O. A. Sobolevskiy, K. S. Pervakov, A. Y. Seregin, T. Helm, T. Forster, A. D. Grockowiak, S. W. Tozer, Y. Nakamoto, K. Shimizu, V. M. Pudalov, I. S. Lyubutin, and A. R.Oganov, Adv. Mater. 34, 2204038 (2022).
  20. S. R. W. Legvold, B. J. Green, Beaudry, and J. E. Ostenson, Solid State Commun. 18, 725 (1976).
  21. K. Zhang, W. Chen, Y. Zhang et al., Sci. China Phys. Mech. Astron. 67, 238211 (2024), https://doi.org/10.1007/s11433-023-2285-3.
  22. J. Bi, Y. Nakamoto, P. Zhang et al., Nat. Commun. 13, 5952 (2022), https://doi.org/10.1038/s41467-022-33743-6.
  23. W. Chen, X. Huang, D. V. Semenok et al., Nat. Commun. 14, 2660 (2023), https://doi.org/10.1038/s41467-023-38254-6).
  24. E. Snider, N. Dasenbrock-Gammon, R. McBride, M. Debessai, H. Vindana, K. Vencatasamy, K. V. Lawler, A. Salamat, and R. P. Dias, Nature 586, 373 (2020).
  25. A. F. Goncharov, E. Bykova, M. Bykov, X. Zhang, Y. Wang, S. Chariton, V. B. Prakapenka, and J. S. Smith, J. Appl. Phys. 131, 025902 (2022).
  26. А. В. Садаков, О. А. Соболевский, В. М. Пудалов, УФН 192, 1409 (2022).
  27. D. van der Marel and J. E. Hirsch, Int. J. Mod. Phys. 37, 2375001 (2023).
  28. N. Dasenbrock-Gammon, E. Snider, R. McBride, H. Pasan, D. Durkee, N. Khalvashi-Sutter, S. Munasinghe, S. E. Dissanayake, K. V. Lawler, A. Salamat, and R. P. Dias, Nature 615, 244 (2023); https://doi.org/10.1038/s41586-023-05742-0.
  29. Retraction note: https://doi.org/10.1038/s41586-023-06774-2
  30. N. S. Pavlov, I. R. Shein, K. S. Pervakov, V. M. Pudalov, and I. A. Nekrasov, Письма в ЖЭТФ 118, 707 (2023).
  31. V. Minkov, S. L. Bud’ko, F. F. Balakirev, V. B. Prakapenka, S. Chariton, R. J. Husband, H. P. Liermann, and M. I. Eremets, Nature Commun. 13, 3194 (2022); https://doi.org/10.1038/s41467-022-30782-x.
  32. V. Struzhkin, B. Li, C. Ji, X.-J. Chen, V. Prakapenka, E. Greenberg, I. Troyan, A. Gavriliuk, and H.-k. Mao, Matter Radiat. Extremes 5, 028201 (2020).
  33. X. Huang et al., Natl. Sci. Rev. 6, 713 (2019).
  34. D. Semenok and A. R. Oganov, Nat. Sci. Rev. 6, 856 (2019).
  35. V. Struzhkin, Science 351, 1260 (2016).
  36. I. A. Troyan, A. Gavroliuk, R. R¨uffer, A. Chumakov, A. Mironovich, I. Lyubutin, D, Perekalin, A. P. Drozdov, and M. I. Eremets, Science 351, 1303 (2016).
  37. J. E. Hirsch and F. Marsiglio, J. Phys. C 587, 1353896 (2021).
  38. Y. Tomioka, M. Naito, and K. Kitazawa, Phys. C: Supercond. 215, 297 (1993).
  39. D. M. Gokhfeld et al., J. Appl. Phys. 109, 033904 (2011).
  40. Д. М. Гохфельд, Письма в ЖТФ 45, 3 (2019).
  41. I. S. Lyubutin, in Physical Crystallography, ser. Problems of the Modern Crystallography, Nauka Pub., Moscow (1992), p.326.
  42. I. S. Lyubutin and T. V. Dmitrieva, JETP Lett. 21, 59 (1975).
  43. R. Bjork and C. R. H. Bahl, Appl. Phys. Lett. 103, 102403 (2013)
  44. R. Prozorov et al., Phys. Rev. Appl. 10, 014030 (2018).
  45. В. Л. Гинзбург, Л. Д. Ландау, ЖЭТФ 20, 1064 (1950).
  46. I. A. Troyan, D. V. Semenok, A. G. Ivanova, A. V. Sadakov, Di Zhou, A. G. Kvashnin, I. A. Kruglov, O. A. Sobolevskiy, M. V. Lyubutina, D. S. Perekalin, T. Helm, S. W. Tozer,M. Bykov, A. F. Goncharov, V. M. Pudalov, and I. S. Lyubutin, Advanced Science 10, 2303622 (2023).
  47. N. R. Werthamer, E. Helfand, and P. C. Hohenberg, Phys. Rev. 147, 295 (1966).
  48. F. Hunte, J. Jaroszynski, A. Gurevich, D. C. Larbalestier, R. Jin, A. S. Sefat, M. A. McGuire, B. C. Sales, D. K. Christen, and D. Mandrus, Nature 453, 903 (2008); https://doi.org/10.1038/nature07058.
  49. H. Q. Yuan, J. Singleton, F. F. Balakirev, S. A. Baily, G. F. Chen, J. L. Luo, and N. L. Wang, Nature 457, 565 (2009), https://doi.org/10.1038/nature07676.
  50. S. Khim, B. Lee, J. W. Kim, E. S. Choi, G. R. Stewart, and K. H. Kim, Phys. Rev. B 84, 104502 (2011).
  51. G. A. Ummarino and A. Bianconi, Cond. Matter 8, 69 (2023); https://doi.org/10.3390/condmat8030069.
  52. C. Wang, S. Yi, and J.-H. Cho, Phys. Rev. B 101, 104506 (2020).
  53. K. Kuroki, T. Higashida, and R. Arita, Phys. Rev. B 72, 212509 (2005).
  54. D. Semenok, Computational design of new superconducting materials and their targeted experimental synthesis, Doctoral Program in Materials Science and Engineering Thesis, Skoltech, Moscow (2022).
  55. H. Jeon, C. Wang, S. Liu, J. M. Bok, Y. Bang, and J.-H. Cho, New J. Phys. 24, 083048 (2022).
  56. B. Spivak and F. Zhou, Phys. Rev. Lett. 74, 2800 (1995).
  57. V. M. Galitski and A. I. Larkin, Phys. Rev. Lett. 87, 087001 (2001).
  58. B. Sacepe, J. Seidemann, F. Gay, K. Davenport, A. Rogachev, M. Ovadia, K. Michaeli, and M.V. Feigel’man, Nature Phys. 15, 48 (2019); https://doi.org/10.1038/s41567-018-0294-6.
  59. A. V. Sadakov, V. A. Vlasenko, D. V. Semenok, Di Zhou, I. A. Troyan, A. S. Usoltsev, and V. M. Pudalov, ArXiv:2311.01318.
  60. E. F. Talantsev, Supercond. Sci. and Technol. 35, 095008 (2022); https://doi.org/10.1088/1361-6668/ac7d78.
  61. D. Sun, V. S. Minkov, S. Mozaffari, Y. Sun, Y. Ma, S. Chariton, V. B. Prakapenka, M. I. Eremets, L. Balicas, and F. F. Balakirev, Nat. Commun. 12, 6863 (2021).
  62. D. Semenok, J. Guo, Di Zhou, W. Chen, T. Helm, A. Kvashnin, A. Sadakov, O. Sobolevsky, V. Pudalov, C. Xi, X. Huang, and I. Troyan, ArXiv:2307.11742.
  63. F. Bloch, Z. Physik 59, 208 (1930).
  64. D. Semenok et al., to be published.
  65. C. Castellani, C. DiCastro, H. Fukuyama, P. A. Lee, and M. Ma, Phys. Rev. B 33, 7277 (1986).
  66. G. Zala, B. N. Narozhny, and I. L. Aleiner, Phys. Rev. B 64, 214204 (2001).
  67. Yanan Zhang, Dajun Su, Yanen Huang, Zhaoyang Shan, Hualei Sun, Mengwu Huo, Kaixin Ye, Jiawen Zhang, Zihan Yang, Yongkang Xu, Yi Su, Rui Li, Michael Smidman, Meng Wang, Lin Jiao, and Huiqiu Yuan, ArXiv:2307.14819v1
  68. R. A. Cooper, Y. Wang, B. Vignolle at al., Science 323, 603 (2009).
  69. P. Kapitza and E. Rutherford, Proc. R. Soc. London, Ser. A 123, 292 (1929); П.Л. Капица, Сильные магнитные поля, Наука, Москва (1988).
  70. Ю. А. Дрейзин, А. М. Дыхне, ЖЭТФ 63, 242 (1972).
  71. C. Heil, S. Di Cataldo, G. B. Bachelet, and L. Boeri, Phys. Rev. 99, 220502(R) (2019).
  72. Liu, C. Wang, S. Yi, K. W. Kim, J. Kim, and J.-H. Cho, Phys. Rev. B 99, 140501 (2019).
  73. K. Wang and C. Petrovic, Appl. Phys. Lett. 101, 152102 (2012); https://doi.org/10.1063/1.4758298.
  74. H. Fang, M. Lyu, Hao Su, J. Yuan, Y. Li et al. Preprint https://doi.org/ 10.48550/arXiv.2301.05918
  75. Y. He, J. Gayles, M. Yao, T. Helm, T. Reimann, V. N. Strocov, W. Schnelle, M. Nicklas, Y. Sun, G. H. Fecher, and C. Felser, Nat. Commun. 12, 4576 (2021).
  76. J. Richard, P. Monceau, and M. Renard, Phys. Rev. B 35, 4533 (1987).
  77. M. Naito1, and S. Tanaka, J. Phys. Soc. Jpn. 51, 228 (1982).
  78. A. A. Sinchenko, P. D. Grigoriev, P. Lejay, and P. Monceau, Phys. Rev. B 96, 245129 (2017).
  79. A. A. Abrikosov, Phys. Rev. B 58, 2788 (1998).
  80. A. A. Abrikosov, Phys. Rev. B 60, 4231 (1999).
  81. Jianning Guo, Dmitrii Semenok, Grigoriy Shutov, Di Zhou, Su Chen, Yulong Wang, Kexin Zhang, Xinyue Wu, Sven Luther, Toni Helm, Xiaoli Huang, and Tian Cui, Natl. Sci. Rev. nwae149 (2024); https://doi.org/10.1093/nsr/nwae149.
  82. D. Semenok, J. Guo, Di Zhou, W. Chen, T. Helm, A. Kvashnin, A. Sadakov, O. Sobolevsky, V. Pudalov, C. Xi, X. Huang, and I. Troyan https://arxiv.org/pdf/2307.11742.
  83. A. Legros, S. Benhabib, W. Tabis et al., Nat. Phys. 15, 142 (2019).
  84. A. Ataei, A. Gourgout, G. Grissonnanche et al., Nat. Phys. 18, 1420 (2022).
  85. R. L. Greene, P. R. Mandal, N. R. Poniatowski et al., Ann. Rev. Cond. Matter Phys. 11, 213 (2020).
  86. P. Allen and R. Dynes, Phys. Rev. B 12, 905 (1975); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.12.905.
  87. С. Тябликов, В. Толмачев, ЖЭТФ 34, 1254 (1958).
  88. V. Z. Kresin, A. G. Ovchinnikov, and S. A. Wolf, Superconducting State, Oxford Univ. Press (2021).
  89. M. V. Sadovskii, J. Supercond. Novel Magnetism, 33, 19 (2020).
  90. A. S. Alexandrov and A. B. Krebs, Usp. Fiz. Nauk 162, 1 (1992) [Physics Uspekhi 35, 345 (1992)].
  91. E. F. Talantsev and K. Stolze, Superconductor Science and Technology 34, 064001 (2021).
  92. I. Errea, M. Calandra, C. J. Pickard, J. R. Nelson, R. J. Needs, Y. Li, H. Liu, Y. Zhang, Y. Ma, and F. Mauri, Nature 532, 81 (2016).
  93. I. Errea, F. Belli, L. Monacelli et al., Nature 578, 66 (2020); https://doi.org/10.1038/s41586-020-1955-z.
  94. F. Peng, Y. Sun, C. J. Pickard, R. J. Needs, Q. Wu, and Y. Ma, Phys. Rev. Lett. 119, 107001 (2017)
  95. E. F. Talantsev, Superconductor Science and Technology 33, 094009 (2020).
  96. P. Song, Z. Hou, P.Bd. Castro, K. Nakano, K. Hongo, Y. Takano, and R. Maezono, Chem. Mater. 33, 9501 (2021).
  97. C. J. Pickard, I. Errea, and M. I. Eremets, Annu. Rev. Cond. Matter Phys. 11, 57 (2020).
  98. W. E. Pickett, Rev. Mod. Phys. 95, 021001 (2023), arXiv:2204.05930v4.
  99. I. Esterlis, B. Nosarzewski, E. W. Huang, D. Moritz, , T. P. Devereux, D. J. Scalapino, and S. A. Kivelson, Phys. Rev. B 97, 140501(R) (2018).
  100. . E. A. Yuzbashyan and B. L. Altshuler, Phys. Rev. B 106, 054518 (2022).
  101. . K. Trachenko, B. Monserrat, C. J. Pickard, and V. V. Brazhkin, Sci. Adv. 6, eabc8662 (2020).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024