КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 22-72-10082

НазваниеКомплексное определение структуры сверхпроводящего параметра порядка в пниктидах и селенидах щелочных металлов

РуководительКузьмичева Татьяна Евгеньевна, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регионфедеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им.П.Н.Лебедева Российской академии наук, г Москва

КонкурсКонкурс 2022 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект посвящен масштабному комплексному исследованию свойств железосодержащих сверхпроводников на основе щелочных металлов NaFeAs (так называемое семейство 111) и AFe2Se2 (A – щелочной металл, семейство 122-Se). Благодаря взаимодействию сверхпроводящей, магнитной и нематической подсистем и близости перехода Лифшица эти малоизученные соединения демонстрируют нетривиальные свойства и представляются самыми экзотическими среди всех неклассических сверхпроводников. В отличие от большинства железосодержащих сверхпроводников, представители данных семейств сверхпроводят в стехиометрическом составе. Вариация степени допирования или приложение давления приводят к изменению критической температуры Тс, что позволяет исследовать эволюцию сверхпроводящих свойств вдоль фазовой диаграммы. Однако, наличие щелочных металлов в структуре вызывает быструю деградацию этих кристаллов в присутствии кислорода и даже следовых количеств паров воды, что значительно затрудняет работу с этими сверхпроводниковыми материалами. Процесс подготовки образца и проведение эксперимента необходимо проводить в защитной атмосфере. Селениды семейства 122-Se также обладают естественным фазовым расслоением: большую часть объема занимает антиферромагнитная фаза A2Fe4Se5 со сверхрешеткой вакансий железа; на границах этой фазы образуется стехиометрическая сверхпроводящая фаза AFe2Se2, свойства которой определяются не только допированием, но и химическим давлением и структурными параметрами. Сложность работы с подобными кристаллами и неприменимость многих методов исследования обусловливают на данный момент крайне немногочисленные и разрозненные экспериментальные данные о свойствах пниктидов и селенидов щелочных металлов. Предлагаемый проект уникален и не имеет мировых аналогов. Для проведения исследований будут синтезированы крупные высококачественные монокристаллы указанных сверхпроводников. Основная задача проекта заключается в определении структуры и температурной зависимости сверхпроводящих параметров порядка данных соединений двумя методами спектроскопии высокого разрешения: туннельной спектроскопии механически регулируемых планарных контактов на микротрещине "break-junction" (прямой локальных метод) и инфракрасной Фурье-спектроскопии отражения (прямой поверхностный метод). Дополнительно величина и симметрия параметров порядка будет оценена из аппроксимации температурной зависимости электронной теплоемкости (объемный метод) в рамках двухщелевых моделей. Вторым направлением работы является измерение транспортных, магнитных и магнитотранспортных характеристик в широком диапазоне температур от 0.1 К, магнитных полей до 16 Тл и приложенных гидростатических давлений до 2 ГПа с целью оценки второго критического поля и построения соответствующих фазовых диаграмм. Эксперименты будут проведены на монокристаллах с вариацией состава для определения эволюции сверхпроводящих, транспортных, магнитных и термодинамических характеристик вдоль фазовой диаграммы. Участники проекта имеют обширный научный задел (в том числе по исследованию железосодержащих сверхпроводников родственных семейств) и опыт подобных комплексных исследований. В состав коллектива входят исследователи, обладающие опытом преподавательской деятельности и представления результатов на международных конференциях, а также активные молодые участники. Предлагаемые в проекте методы обладают высоким разрешением и гарантированно применимы к исследуемым образцам пниктидов и селенидов семейств 111 и 122-Se. Ожидаемые результаты будут соответствовать мировому уровню и могут быть использованы для установления фундаментальных закономерностей свойств пниктидов и селенидов железа, влияния магнетизма на сверхпроводящую подсистему, а также при разработке и улучшении теоретических моделей описания механизмов неклассической сверхпроводимости. Подобные исследования имеют не только фундаментальное значение, но и позволят в будущем создавать новые материалы с возможностью их индивидуальной настройки для решения прикладных задач (к примеру, создания сверхмощных соленоидов).

Ожидаемые результаты
1. Синтезированы и охарактеризованы крупные монокристаллы железосодержащих сверхпроводников семейств NaFeAs, KFe2Se2 и RbFe2Se2 с вариацией степени замещения, а также новых сверхпроводников на основе щелочных металлов. 2. Измерены транспортные, магнитные и магнитотранспортные характеристики полученных монокристаллов в широком диапазоне температур 0.1-300 К, магнитных полей до 16 Тл и гидростатических давлений до 2 ГПа. Получена температурная зависимость верхнего критического поля Нс2(Т) вблизи Тс, с помощью однозонных и многозонных моделей оценена величина Нс2(0). Получена температурная зависимость электронной теплоемкости, определена величина скачка при Тс, с помощью двухзонных моделей оценены величины и симметрия сверхпроводящих параметров порядка. 3. Методами туннельной спектроскопии и инфракрасной Фурье-спектроскопии отражения определены основные энергетические параметры сверхпроводящего состояния полученных сверхпроводников: количество, величины, характеристические отношения и температурные зависимости сверхпроводящих щелей, а также характерных бозонных мод в случае их обнаружения. Оценен тип симметрии сверхпроводящего параметра порядка, парциальные проводимости зон, сила внутризонного и межзонного взаимодействия в кристаллах с вариацией состава. 4. Проведено сравнение данных, полученных на монокристаллах из одной закладки различными методами. Определена эволюция сверхпроводящих свойств при изменении состава, сделаны выводы о характере сверхпроводимости и влиянии допирования и магнитной подсистемы на сверхпроводящие свойства. Ожидаемые результаты будут соответствовать мировому уровню. Предлагаемое комплексное исследование даст возможность провести сравнение данных, полученных разными методами (объемными, поверхностными и локальными), для проверки их согласованности и получения наиболее полной картины свойств исследуемых соединений. Слабая анизотропия их транспортных и магнитных свойств, позволяет упростить и удешевить токонесущие изделия и покрытия на их основе. Определение эволюции полученных параметров позволит систематизировать свойства пниктидов и селенидов щелочных металлов и ответить на многие до сих пор нерешенные вопросы, касающиеся механизмов высокотемпературной сверхпроводимости и поиска путей оптимизации сверхпроводящих свойств для широкого спектра прикладных задач.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ