Открытие общих черт для всех купратных сверхпроводников может привести к созданию теории высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП), над которой специалисты бьются с момента открытия самих сверхпроводящих купратов в 1986 г. Международная научная группа под руководством Бернарда Каймера (Bernhard Keimer) из штуттгартского Института физики твердого тела им. Макса Планка впервые зафиксировала магнитный резонанс в монослойном образце купратного сверхпроводника (с монослоями оксида меди), что ранее наблюдалось только в многослойных структурах с толщиной купратного слоя не менее двух монослоев (в ближайшее время ожидается публикация H. He et al 2002 в журнале Science).

Каждый сверхпроводник имеет определенную температуру фазового перехода, ниже которой его электрическое сопротивление обращается в нуль. Во многих сверхпроводящих материалах механизм возникновения сверхпроводящего состояния хорошо описывается низкотемпературной теорией БКШ (Бардина-Купера-Шриффера), в основе которой лежит тот факт, что когда электроны образуют так называемые куперовские пАры, несмотря на взаимное отталкивание, такая пара подчиняется уже статистике Бозе-Эйнштейна и электроны в таком веществе ведут себя совершенно иначе, чем в металлах. Само по себе образование куперовских пар обсусловлено взаимодействием электронов с квазичастицами колебаний кристаллической решетки - фононами. Однако, как было уже отмечено, теория эта согласуется с экспериментальными данными только при весьма низких температурах. Для высокотемпературных сверхпроводников с критическими температурами до 138 К она не годится.

Купратные высокотемпературные сверхпроводники состоят из атомов металлов, разделенных слоями оксида меди. При протекании электрического тока через эти слои не наблюдалось разрушения сверхпроводящего состояния, поэтому было сделано немало попыток найти в них некий механизм, который поддерживал бы слабую по отношению к термическим возбуждениям сверхпроводимость чистых металлов и при высоких температурах. В этих исследованиях широко применялась нейтронография, поскольку дифракция нейтронов на кристалле позволяет судить о спиновых магнитных моментах электронов в этих слоях.

Ранние нейтронографические исследования купратных сверхпроводников показали, что во многих ВТСП электроны в слоях оксида меди испытывают возбуждение, переводящее их в режим магнитного резонанса. Этот факт привел к признанию ведущей роли спинового магнитного момента в создании и поддержании сверхпроводящего состояния в купратных сверхпроводниках.

Однако, этот эффект был обнаружен только в многослойных структурах с двойными и тройными слоями оксида меди, что не позволяло обьяснить существования сверхпроводящего состояния в образцах с одинарными слоями оксида. Эта явная (кажущаяся) аномалия стала непреодолимым препятствием для теоретиков, пытавшихся оценить роль спинового упорядочения в ВТСП.

Теперь же, когда под руководством Б. Каймера специалистами Российской Академии Наук, французской Лаборатории им. Леона Бриллюэна и Гренобльского CEA (Франция) было подтверждено существование подобного спинового упорядочения и в однослойном компаунде таллий-барий-оксид меди, оно может рассматриваться как общее свойство всех монослойных (см. выше) купратных компаундов и ВТСП вообще, поскольку слои оксида меди однородны и плоски, что практически исключает вариант возникновения дальнего спинового порядка из-за каких-либо дефектов структуры.

По словам самого Б. Каймера, эти результаты подтверждают и подчеркивают главенство магнитных свойств в высокотемпературной сверхпроводимости. В своем интервью электронному журналу PhysicsWeb он сказал, что режим магнитного резонанса наблюдается при температурах ниже критической, и поэтому может быть одним из эффектов, связанных с куперовским спариванием электронов.

Источник: Physics Web, 24 января 2002