Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Впервые в мире проведено исследование сверхпроводящих (СП) и нормальных свойств железосодержащих пниктидов EuCsFe4As4. Уникальность этих материалов заключается в том, что они сверхпроводят в стехиометрическом составе с критической температурой Тс до 38 К и демонстрируют антиферромагнитное упорядочение в блоках европия при T < 15 К. Нам удалось получить достаточно крупные (по сравнению с другими группами) монокристаллы EuCsFe4As4 размером 2,5*2 мм^2 с высокой степенью однородности свойств. Сложность работы с кристаллами на основе щелочных металлов заключается в том, что они быстро (в течение 10-15 минут) деградируют на открытом воздухе, поэтому отбор и подготовку образцов, их монтаж и сам эксперимент необходимо проводить в атмосфере инертного газа. С помощью прецизионного раскалывания образца при температуре 4.2 К в монокристаллах EuCsFe4As4 создавались туннельные наноконтакты типа СП – тонкий нормальный металл – СП (SnS-контакты). Выше Тс нами воспроизводимо наблюдалась нелинейность dI(V)/dV-спектров контактов, не связанная со СП свойствами EuCsFe4As4 и слабо меняющаяся с температурой до 45-55 К. Наиболее вероятная причина возникновения нелинейности – присутствие пика плотности электронных состояний в одной из зон вблизи уровня Ферми. Ниже Тс в SnS-контактах наблюдался эффект многократных андреевских отражений (МАО). Эффект вызывает избыточный ток на вольтамперной характеристике (ВАХ) SnS-контакта при любых напряжениях eV, отсутствие сверхтоковой ветви при eV = 0, а на производной ВАХ, dI(V)/dV-спектре, возникает область повышенной проводимости при нулевом смещении (zero-bias conductance, ZBC) и щелевые особенности – минимумы, положение которых eV определяется величиной СП параметра порядка при любых температурах вплоть до Тс. Это дает уникальную возможность напрямую определять величины и температурные зависимости СП параметров порядка и делать важные выводы о механизмах сверхпроводимости материала. Мы обнаружили многощелевую СП EuCsFe4As4. На dI(V)/dV-спектрах в СП состоянии воспроизводимо наблюдался дублетный минимум, предположительно, соответствующий экстремумам большой СП щели Delta_L^out и Delta_L^in (максимальной и минимальной энергии связи куперовских пар в зависимости от направления импульса в одной и той же зоне), обладающей расширенным s-волновым типом симметрии без точек нулей (нодов); в этом случае степень анизотропии Delta_L составляет около А ~ 40%. Также обнаружена малая СП щель Delta_S. С другой стороны, мы не исключаем существование трехщелевой СП с параметрами порядка Delta_L^out, Delta_L^in и Delta_S, которые реализуются ниже Тс на разных листах поверхности Ферми. Мы напрямую определили амплитуды СП энергетических параметров порядка и их характеристические отношения 2Delta(0)/kTc (Delta(0) – величина СП щели при Т = 0, k – постоянная Больцмана): для Delta_L^out это отношение составляет 5.3, для Delta_L^in – 3.2, для малой СП щели – 1.3. Напрямую определены температурные зависимости СП энергетических щелевых параметров. Показано, что предположительные экстремумы Delta_L^out(T), Delta_L^in(T) имеют схожее температурное поведение, близкое к стандартной БКШ-образной кривой, причем степень предположительной анизотропии A(T) ~ 40% практически не меняется с температурной вплоть до Тс. Малая СП щель Delta_S(T) уменьшается с температурой чуть быстрее при Т ~ 10-15 К, после чего почти линейно тянется к Тс; все СП параметры порядка обращаются в ноль при общей Тс. Такое поведение может быть описано в рамках БКШ-образной модели на основе уравнений Москаленко и Сула и соответствует случаю большей плотности электронных состояний (выше Тс) на уровне Ферми в зонах с малой СП щелью, а также умеренного межзонного взаимодействия (более слабого, чем внутризонного). Показано, что наличие магнитного упорядочения в плоскостях Eu не влияет на СП подсистему. Мы установили, что щелевая структура EuCsFe4As4 схожа с таковой для пниктидов родственного семейства (Ba,K)Fe2As2 и Ba(Fe,Ni)2As2 (Ba-122), исследованного нами ранее. Форма дублета на dI(V)/dV-спектре, его ширина (степень предположительной анизотропии), а также величины трех характеристических отношений близки для СП обоих семейств, за исключением того, что по нашим оценкам межзонная связь в EuCsFe4As4 немного слабее по сравнению с внутризонной, чем в Ba-122. Действительно, семейство Ba-122 является стехиометрическим аналогом семейства 1144. В 122-структуре СП блоки разделены плоскостями щелочноземельного Ba, в то время как в фазе 1144 плоскости щелочного и щелочноземельного элемента чередуются. Таким образом, проявляя СП свойства формально в стехиометрическом составе, соединение EuCsFe4s4 является «самодопированным» и имеет на ~50% свободных дырок больше на один атом Fe по сравнению со стехиометрическим BaFe2As2 (т.е. аналогично дырочно-допированному Ba0.5K0.5Fe2As2). Схожесть щелевых структур семейств 1144 и 122 указывает на единый механизм сверхпроводимости этих материалов. Кроме того, мы показали, что характеристические отношения всех трех щелевых параметров практически не зависят от критической температуры Тс в исследованных материалах семейств 122 и 1144 в диапазоне Тс = 7-36 К, т.е. наблюдается скейлинг СП щелей с Тс. С помощью полученных температурных зависимостей особенностей dI(V)/dV-спектров, вызванных андреевским транспортом (избыточного тока на ВАХ при смещениях eV >> 2Delta_L и андреевской проводимости при eV = 0) оценены парциальные проводимости эффективных зон. Показано, что основной вклад в проводимость системы EuCsFe4As4 (около 65%) дают зоны, в которых ниже Тс открывается малая СП щель. Также в EuCsFe4As4 разрешена тонкая структура dI(V)/dV-спектров ниже Тс, соответствующая, предположительно, резонансному взаимодействию СП подсистемы с характерной бозонной модой (существующей только в СП состоянии). Оцененная при T << Tc энергия предположительной бозонной моды epsilon(0) ~ 2.9 мэВ оказывается меньше 2Delta_S(0), а полученная температурная зависимость epsilon(T) схожа с 2Delta_S(T). Поскольку наблюдаемое температурное поведение epsilon(T) не соответствует теоретическим предсказаниям для спинового экситона (энергия которого должна слабо меняться от температуры), наблюдаемый бозон может являться сильно смягченной леггеттовской плазменной модой (обнаруженной впервые нашей группой в 2004 г. в диборидах магния).

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Впервые в мировом масштабе проведено сравнительное исследование сверхпроводящих (СП) и нормальных свойств железосодержащих пниктидов CaKFe4As4 семейства 1144 с помощью комбинации объемного метода (измерения теплоемкости) и локального прямого метода (туннельной спектроскопии). В отличие от большинства железосодержащих сверхпроводников, CaKFe4As4 сверхпроводит в стехиометрическом составе с критической температурой Тс до 37 К и полностью немагнитен. Из-за сложности синтеза чистой фазы 1144 в виде монокристаллов, соединение CaKFe4As4 до сих пор остается малоизученным; имеющиеся в литературе немногочисленные данные о его свойствах достаточно противоречивы. Нами были выращены поликристаллы CaKFe4As4 с высокой степенью однородности СП свойств и критической температурой Тс = 37 К. Нами неоднократно было показано, что использованный метод туннельной спектроскопии контактов на микротрещине («break-junction») применим к поликристаллам слоистых соединений. С помощью прецизионного раскалывания образца при температуре 4.2 К в образцах CaKFe4As4 создавались туннельные наноконтакты типа СП – тонкий нормальный металл – СП (SnS-контакты), а также контакты низкой прозрачности со сверхтоком (SIS-контакты). С помощью спектроскопии контактов со сверхтоком была получена температурная зависимость амплитуды критического сверхтока Ic(T). При температурах выше Тс, т.е. уже при отсутствии сверхпроводимости и куперовских пар, нами воспроизводимо наблюдалась нелинейность dI(V)/dV-спектров туннельных контактов, не связанная со СП свойствами этих пниктидов и слабо меняющаяся с температурой. Наиболее вероятная причина возникновения нелинейности – присутствие пика плотности электронных состояний в одной из зон вблизи уровня Ферми. Ниже Тс в SnS-контактах наблюдался эффект многократных андреевских отражений (МАО). Эффект вызывает появление особенностей, анализ которых позволяет напрямую определить амплитуду СП параметра порядка при любых температурах вплоть до Тс. Подобные прямые измерения дают уникальную возможность делать важные выводы о механизмах сверхпроводимости материала. В CaKFe4As4 была обнаружена многощелевая сверхпроводимость (сосуществование нескольких СП конденсатов с различной энергией связи куперовских пар). Мы наблюдали анизотропную (в зависимости от направления импульса) большую «ведущую» СП щель Delta_L и предположительно изотропную малую СП щель Delta_S. Мы определили диапазон энергии связи куперовских пар в зонах с Delta_L и амплитуду Delta_S. Характеристические отношения теории БКШ 2Delta(0)/kTc при Т = 0 для этих СП параметров порядка составляют 2Delta_L(0)/kTc = 3.7-5.5 (диапазон значений соответствует 30-40 % анизотропии щели Delta_L), что в среднем превышает БКШ-предел слабой связи 3.53, и 2Delta_S(0)/kTc = 1.0-1.8 << 3.53, что характерно для малой «ведомой» щели в многощелевом сверхпроводнике. Тремя способами показано, что парциальные проводимости двух эффективных примерно одинаковы, что указывает на самосогласованность полученных данных. Впервые разрешена тонкая структура андреевских спектров ниже Тс, соответствующая, предположительно, резонансному взаимодействию СП подсистемы с характерной бозонной модой, существующей только в СП состоянии. Наблюдаемая бозонная мода может являться спиновым экситоном, а ее оцененная при T << Tc энергия epsilon_0 ~ 9-13 мэВ оказалась близка к величине непрямой СП щели (Delta_L + Delta_S). Напрямую определены температурные зависимости СП энергетических щелевых параметров. Показано, что большая СП щель Delta_L(T) демонстрирует почти БКШ-образное температурное поведение, при этом малая СП щель Delta_S(T) уменьшается с температурой чуть быстрее; все СП параметры порядка обращаются в ноль при общей Тс. Такое поведение может быть описано в рамках БКШ-образной модели на основе уравнений Москаленко и Сула и умеренного межзонного взаимодействия по сравнению с внутризонным. Получена температурная зависимость теплоемкости CaKFe4As4; с помощью рассчитанного решеточного вклада определена электронная теплоемкость C_el(T)/T, оценена величина ее нормированного скачка при Тс, составляющая 1.9 > 1.43 (предел слабой связи теории БКШ). Показано, что данные C_el(T)/T, а также Ic(T) могут быть описаны двухзонной моделью с использованием характеристических отношений СП щелей 2Delta(0)/kTc, определенных напрямую в туннельном эксперименте.