Сообщение об открытии нового сверхпроводника - диборида магния MgB2 с критической температурой Тс = 39 К, было сделано J. Akimitsu 9 января 2001г. на симпозиуме по оксидам переходных металлов в Сендае (Япония) [1].

К настоящему времени установлено, что MgB2 является сверхпроводником 2-го рода с параметром Гинзбурга-Ландау k = 38, длиной когерентности x = 5 нм, лондоновской глубиной проникновения lL = 180 нм и вторым критическим полем Hc2 = 15 – 20.4 T [2].

MgB2 кристаллизуется в структуру с гексагональной элементарной ячейкой ( a = 3.086, c = 3.524, пространственная группа симметрии P6/mmm ). В с- направлении содержащие атомы бора плоскости со структурой типа “пчелиных сот” чередуются с гексагональными плоскостями, содержащими атомы магния [1].

В настоящее время для объяснения явления сверхпроводимости в MgB2 предложены две основные модели:

1. MgB2 – 3D БКШ сверхпроводник с фононным спариванием и с необычно высокой (для БКШ механизма) критической температурой Tc = 39 К (2D/kTc = 3.5 – 4.0) [3-8]. Высокая критическая температура объясняется сильным смещением фононного спектра в область более высоких энергий, вызванным малой массой атомов бора. Существенное повышение критической температуры Tc у MgB2 практически невозможно.

2. MgB2 – аналог высокотемпературных купратов с 2D дырочным транспортом в плоскостях бора [9]. В одной из версий второй модели учитывается то обстоятельство, что в 2D плотности состояний, соответствующей металлической плоскости бора, присутствует сингулярность ван Хова, расположенная под уровнем Ферми [10]. Узкий пик в плотности состояний существенно влияет на величину Tc. Дополнительное допирование плоскостей бора дырками позволит приблизить уровень Ферми к особенности ван Хова и, таким образом, повысить Tc [10].

На кафедре физики низких температур физического факультета МГУ (зав. кафедрой профессор А.Н. Васильев) в лаборатории туннельной спектроскопии недавно были получены экспериментальные данные в пользу второй из вышеперечисленных моделей. Группа исследователей под руководством проф. Я.Г. Пономарева провела измерение сверхпроводящей щели в MgB2 в интервале температур 4.2K £ T £ Tc с помощью андреевской и внутренней джозефсоновской спектроскопии.

Образцы в форме таблеток, полученных прессованием MgB2 - порошка при давлении p » 30 кбар, были предоставлены проф. Булычевым Б.М. (хим. ф-т МГУ). Использованные в работе тонкие пластинки поликристаллического сверхпроводника (0.4´1´2) мм3 вырезались из таблеток с помощью электроэрозионной установки. I(V) - и dI(V)/dV - характеристики контактов на микротрещине (break junctions) регистрировались с помощью цифрового моста переменного тока [11].

На вольт- амперных характеристиках (ВАХ) микроконтактов типа SnS при 4.2 К £ Т < Tc , была обнаружена четко выраженная субгармоническая щелевая структура, являющаяся следствием многократных андреевских отражений от SN – интерфейсов [12,13]. Большое число n резких андреевских рефлексов ( 3 £ n £ 6), наблюдавшееся на dI/dV- характеристиках при смещениях Vn = 2D/en , позволило определить с достаточной точностью величину сверхпроводящей щели D. По данным андреевской спектроскопии у исследованных образцов MgB2 при гелиевой температуре объемная щель Dbulk = 16 ± 2 мэВ. Величина отношения 2D/kTc = 11 ± 2 у MgB2 заметно превосходит аналогичный параметр в БКШ – модели (2D/kTc = 3.52) и, в то же время, близка к значению, характерному для высокотемпературных купратных сверхпроводников ( 2D/kTc = 7 ¸12) [13].

Установлено, что на поверхности поликристаллических образцов MgB2 щель Dsurf сильно редуцирована из-за отравляющего действия кислорода. Температурные зависимости поверхностной щели Dsurf(Т) обнаруживают заметное влияние эффекта близости. В то же время зависимость Dbulk(Т) хорошо описывается формулой Таулеса, причем Dbulk ® 0 в области температур, где завершается резистивный переход R(T).

В туннельном режиме для MgB2 - контактов на микротрещине авторами получены стопочные ВАХ, типичные для внутреннего эффекта Джозефсона, наблюдавшегося ранее только в купратных сверхпроводниках при токе в с- направлении [14, 15]. Обнаружение внутреннего эффекта Джозефсона у MgB2 однозначно указывает на 2D – характер проводимости в этом материале. Решетка MgB2 в с- направлении представляет собой, таким образом, естественную сверхрешетку типа S-I-S-I…., состоящую из сформированных атомами бора сверхпроводящих плоскостей, которые чередуются с магниевыми спейсерами. Это предположение подтверждается результатами теоретических расчетов зонной структуры MgB2 [4, 9, 10].

Перечисленные выше результаты указывают на то, что MgB2 является простым аналогом высокотемпературных купратных сверхпроводников.

1. Nagamatsu J. et al. Nature, 2001, 410, pp. 63-64.

2. Bud’ko S.L. et al., cond-mat/0102413.

3. Bud’ko S.L. et al., Phys. Rev. Lett., 86 (2001) pp. 1877-1880.

4. Kortus J. et al., cond-mat/0101446.

5. Schmidt H. et al., cond-mat/0102389.

6. Rubio-Bollinger G. et al., cond-mat/0102242.

7. Sharoni A. et al., cond-mat/0102325.

8. Karapetrov G. et al., cond-mat/0102312.

9. Hirsch J.E., cond-mat/0102115.

10. Neaton J.B. and Perali A., cond-mat/0104098.

11. Ponomarev Ya.G. et al. Physica C, 1995, 243, pp. 167-176.

12. Blonder G.E. et al. Phys. Rev. B, 1982, 25, pp. 4515-4527.

13. Ponomarev Ya.G. et al. Phys. Rev. B, 1995, 52, pp. 1352-1357.

14. Kleiner R. et al. Phys. Rev. B, 1994, 49, pp. 1327-1354.

15. Ponomarev Ya.G. et al. Physica C, 1999, 315, pp. 85-90.

Я.Г. Пономарев, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова